Закон Бойля-Мариотта
При неизменных температуре (Т) и массе вещества (М) произведение давления (Р) на объем есть постоянная величина.
PV=const
Закон Гей-Люссака
При постоянном давлении P=const объем массы газа прямо пропорционален его абсолютной температуре:
где Т0=273 К; V0 – объем газа при Т0.
Измерения объемов газов обычно проводят при условиях, отличных от нормальных. Для приведения объема газа к нормальным условиям можно пользоваться уравнением, объединяющим газовые законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака
Закон Шарля
При постоянном объеме V=const давление данной массы газа прямо пропорционально его абсолютной температуре:
где: P0 – давление при Т0=273 К.
Закон Авогадро
Равные объемы различных газов при одинаковых температуре и давлении содержат одно и то же число молекул ().
В газах при обычной температуре и давлении объем, занимаемый молекулами, ничтожно мал по сравнению с межмолекулярным пространством. При высоких же давлениях и низких температурах межмолекулярное пространство сильно уменьшается, и на общий объем газа начинает оказывать большое влияние объем самих молекул. Поэтому закон Авогадро, как и другие газовые законы, справедлив для всех газов при средних температурах и давлениях, но не может быть применим к газам, находящимся при высоких давлениях и низких температурах.
Одно из важнейщих следствий из закона Авогадро заключается в том, что грамм-молекулы всех веществ в газообразном или парообразном состоянии при нормальных физических условиях (температуре 0 0С и давлении 101,3 кПа) занимают одинаковые объемы, а именно 22,4 л.
Из закона Авогадро вытекают также следующие два положения:
1. Молекулы простых газов (кроме инертных) состоят из двух атомов.
Если принять допущение Берцеллиуса, что молекула состоит только из одного атома, то из одной молекулы водорода и одной молекулы хлора (т.е. из двух объемов) должна получиться одна молекула (лдин объем) хлористого водорода.
В действительности же получается 2 объема (2 молекулы) хлорида водорода, аэто может быть только в том случае, если молекула простого газа состоит из двух атомов:
2. Плотность газов и паров по водороду равна половине их молекулярной массе:
где 2 – приближенная молекулярная масса водорода. Отсюда
Часто в практике молекулярную массу газа вычисляют, исходя из его плотности по воздуху ( принимается молекулярная масса воздуха 29 г/моль):
либо по другому газу. Тогда формула в общем виде выглядит так
где – молекулярная масса определяемого газа;
– молекулярная масса газа, по которому задана плотность определяемого газа .
Молекулярную массу газов можно вычислить также, пользуясь уравнением состояния идеального газа – уравнением Клапейрона-Менделеева (формула 1), если учесть, что число молекул вещества определяется отношением массы вещества (m) к его молярной массе (M):
Тогда
Отсюда
Уравнение Клапейрона-Менделеева строго справедливо при очень малых давлениях.
Связь ТГВ с рассмотренными законами и свойствами газов можно показать на следующих примерах.
1. Горение представляет собой комплекс взаимосвязанных физических и химических процессов. Важнейшими из них при горении являются тепло- и массоперенос. Наиболее общим свойством горения является способность возникшего очага (фронта) пламени перемещаться по горючей смеси путем теплопроводности и диффузии активных частиц из зоны горения в свежую смесь. Таким образом, скорость распространения пламени при горении и взрыве зависит от теплопроводности реагирующих веществ. С увеличением теплопроводности скорость горения возрастает.
2. Теплоемкость учитывается в термодинамических расчетах горения и выборе огнетушащих средств. Этот параметр относится как к физике, так и к термохимии, т.к. горение – это химическая реакция. Зависимость теплоемкости от температуры веществ выражается уравнением:
CP =a+bT+cT2, (35)
где: а, b, c – термодинамические константы.
3. R входит во все уравнения ТГВ.
4. Диффузия объясняет возникновение и протекание так называемого диффузионного горения.
5. На базе основных законов идеальных газов выведены постулаты теории горения и самовоспламенения.
6. Законы идеальных газов являются основой расчетов давления, объема, температуры в процессах горения и взрыва.
