Універсальний закон Клапейрона-Менделєєва
Щоб вміти розраховувати концентрацію молекул ідеального газу, слід познайомитися з законом, який описує стан будь ідеальної газової системи незалежно від її хімічного складу. Цей закон носить прізвище француза Еміля Клапейрона і російського вченого Дмитра Менделєєва. Відповідне рівняння має вигляд:
P*V = n*R*T.
Рівність говорить про те, що твір тиску P на об’єм V завжди для ідеального газу має бути прямо пропорційно добутку абсолютної температури T на кількість речовини n. Тут R – це коефіцієнт пропорційності, який отримав назву універсальної газової сталої. Вона показує величину роботи, яку 1 моль газу виконує в результаті розширення, якщо його на 1 К нагріти (R=8,314 Дж/(моль*К)).
Концентрація молекул і її обчислення
Згідно з визначенням під концентрацією атомів або молекул розуміють кількість частинок в системі, яка припадає на одиницю об’єму. Математично можна записати:
cN = N/V.
Де N – загальне число частинок в системі.
Перш ніж записати формулу для визначення концентрації молекул газу, згадаємо визначення кількості речовини n і вираз, що пов’язує величину R з постійної Больцмана kB:
n = N/NA;
kB = R/NA.
Використовуючи ці рівності, виразимо відношення N/V з універсального рівняння стану:
P*V = n*R*T =>
P*V = N/NA*R*T = N*kB*T =>
cN = N/V = P/(kB*T).
Таким чином ми отримали формулу для визначення концентрації частинок в газі. Як видно, вона прямо пропорційно залежить від тиску в системі і обернено пропорційно від абсолютної температури.
Оскільки кількість частинок в системі велике, то концентрацією cN користуватися незручно при виконанні практичних розрахунків. Замість неї частіше використовують молярную концентрацію cn. Вона для ідеального газу визначається так:
cn = n/V = P/(R *T).
