Plyny

Plyny

– nemají stálý objem ani tvar

– molekuly se pohybují velkou rychlostí a narážejí do sebe

– zabývá se tím kinetická teorie plynů

– chování různých plynů je podobné- vytvoření ideálního plynu
Ideální plyn – IP

– dokonale stlačitelný až na nulový objem

– nepůsobí na sebe žádnými silami, bez vnitřního tření

– částice jsou dokonale pružné

– nedá se zkapalnit

– molekuly jsou hmotné body zanedbatelných rozměrů
Reálné plyny se ideálním plynům mohou pouze blížit za nízkých tlaků a vysokých teplot, je tím zabráněno působením přitažlivých sil.

Stavová rovnice IP

– obecná stavová rovnice: p.V = n.R.T

– stavová rovnice IP pro 1 mol: p.Vm = R.T

– p – tlak v Pa

– V – objem v m3

– Vm – objem 1 molu ( molární objem)

– n – látkové množství v molech

– T – termodynamická teplota v K

– R – molární plynová konstanta v J.K-1.mol-1 R = 8,314 J.K-1.mol-1

– R se vypočte dosazením do stavové rovnice normálního tlaku, teploty a molárního objemu: p = 101325Pa, T = 273,15K, Vm =22,41 .10-3 m3 .mol-1,
n = 1mol

Jednoduché děje s IP ( stavové děje)

– při dějích s plynem nemusí docházet součastně ke změnám všech veličin, pokud jedna stavová veličina zůstává konstantní, tak se jedná o jednoduché stavové změny

a) izotermický děj T = konstantní
p.V = n.R.T
p.V = konst.
p1.V1 = p2.V2 Boyleův zákon

b) izobarický děj p = konstantní

c) izochorický děj V = konstantní

– pokud se mění všechny 3 stavové veličiny, stavová rovnice IP přejde na tvar:

Vlastnosti reálného plynu

– se IP více či méně podobají záleží na podmínkách

– nejmenší odchylky: vysoká teplota, nízký tlak

– největší odchylky: v blízkosti teplot varu, v oblasti zkapalňování

– dají se zkapalnit

– molekuly mají určité rozměry – nedají se stlačit na nulový objem

– mezi molekulami působí přitažlivé a odpudivé síly

– chování RP popisuje Van der Waalsova rovnice :

1. Kohezní tlak – je korekcí na přitažlivé mezimolekulové síly

– molekuly u stěn nádoby jsou přitahovány směrem dovnitř – pozorovaný tlak je menší – musíme počítat tzv. kohezní tlak

2. Korekce na vlastní objem molekul – je korekcí na odpudivé síly, proto odečítáme
a,b – jsou Van der Waalsovy konstanty, jsou závislé na druhu plynu

Zkapalňování plynů

– reálné plyny je možno převést do kapalného stavu zvyšováním tlaku a snižováním teploty

– kritická teplota – nad touto teplotou nelze plyny zkapalnit, ani sebevětším tlakem

– je charakteristická pro každý plyn, najdeme ji v tabulkách

– pro orientační výpočet se používá Gulbergovo pravidlo:
TK = 1,67.TV

– kritický stav látky – je to stav, při kterém má látka pK, TK, VK

– podmínka zkapalňování plynu – ochlazení plynu pod kritickou teplotu

– čím je teplota plynu nižší tím ke zkapalnění potřebujeme nižší tlak

– Zkapalňování vody (g) tK =374°C t = 100°C – 101,3kPa
t = 0°C – 0,611kPa

– při stlačování plynu ( teplota je konstantní), snižujeme objem, zvětšuje se tlak

– po dosažení určitého tlaku – kondenzačního tlaku,zůstává tlak konstantní a vzniká průběžně kapalina

– po skončení přeměny plynu na kapalinu dochází k prudkému nárůstu tlaku, protože kapaliny jsou nestlačitelné

Jouleův – Thomsonův efekt

– expanze plynu z prostoru o vyšším tlaku do prostoru o nižším tlaku

– při expanzi dochází ke změně teploty expandujícího plynu

– provedení: plyn proudí z prostoru o vyšším tlaku do prostoru o nižším tlaku přes škrtící ventil, např.: hasící přístroj naplněný CO2

– uvolněním ventilu dochází k ochlazení až na pevný CO2

– to, zda při expanzi dojde k ochlazení nebo ohřátí plynu závisí na výchozí teplotě plynu T1 < Ti – T1 > T2 T1 = Ti – T1 = T2 T1 > Ti – T1 < T2 

– u běžných plynů je inverzní teplota Ti poměrně vysoká – po expanzi dojde k ochlazení plynu

– vyjímku tvoří H a He,mají velmi nízké inverzní teploty Ti(H)=-80°C;Ti(He)=-223

– chceme-li využít Jouleova – Thomsnova efektu k ochlazení plynu (H;He), musíme je nejdříve ochladit pod inverzní teplotu jiným způsobem

– inverzní teplota se dá vypočítat: Ti = 2a/R.b

– a,b – Van der Waalsovy konstanty

– Jouleova – Thomsnova efektu se využívá při zkapalňování plynu
Joul – Thomsnovým efektem ochladíme plyn a pak nastane komprese (zkapalnění)