Începem studiul relației dintre parametrii care caracterizează starea unei mase date de gaz prin studierea proceselor gazoase care au loc în timp ce unul dintre parametri rămâne neschimbat. om de știință englez Boyle(în 1669) și om de știință francez Marriott(în 1676) a descoperit o lege care exprimă dependența modificărilor presiunii de modificările volumului gazului la temperatură constantă. Să realizăm următorul experiment.
Prin rotirea mânerului vom modifica volumul de gaz (aer) din cilindrul A (Fig. 11, a). Conform citirii manometrului, observăm că se modifică și presiunea gazului. Vom modifica volumul de gaz din vas (volumul este determinat de scara B) și, observând presiunea, le vom nota în tabel. 1. Din ea se poate observa că produsul dintre volumul unui gaz și presiunea acestuia a fost aproape constant: indiferent de câte ori a scăzut volumul gazului, de același număr de ori a crescut presiunea acestuia.
În urma unor experimente similare, mai precise, s-a descoperit: pentru o masă dată de gaz la o temperatură constantă, presiunea gazului se modifică invers proporțional cu modificarea volumului gazului.
Aceasta este formularea legii Boyle-Mariotte. Matematic, pentru două stări se va scrie după cum urmează: Procesul de schimbare a stării unui gaz la o temperatură constantă se numește izotermă. Formula legii Boyle-Mariotte este ecuația stării izoterme a unui gaz. La temperatura constanta viteza medie
mișcarea moleculelor nu se modifică. O modificare a volumului unui gaz determină o modificare a numărului de impacturi ale moleculelor pe pereții recipientului. Acesta este motivul modificării presiunii gazului. Să descriem acest proces în mod grafic, de exemplu pentru acest caz V = 12 l, p = 1 at.
La temperatura constanta, volumul ocupat de un gaz este invers proportional cu presiunea acestuia.
Robert Boyle este un exemplu strălucitor de om de știință, un fiu al unei epoci apuse când știința era domeniul exclusiv al oameni bogați care și-au dedicat timpul liber studiilor ei. Majoritatea cercetărilor lui Boyle se încadrează în clasificarea modernă în categoria experimentelor chimice, deși probabil el se considera filosof natural(fizician teoretician) şi naturalist(fizician experimental). Se pare că a devenit interesat de comportamentul gazelor după ce a văzut proiectarea uneia dintre primele pompe de aer din lume. După ce a proiectat și construit o altă versiune îmbunătățită a pompei sale de aer și vid cu două fețe, el a decis să investigheze modul în care creșterea și scăderea presiunii gazului într-un vas etanș la care era conectat noul său aparat a afectat proprietățile gazelor. Fiind un experimentator talentat, Boyle a aderat în același timp la viziuni foarte noi și neobișnuite pentru acea epocă, crezând că știința ar trebui să provină din observații empirice și nu să se bazeze doar pe construcții speculative și filozofice.
În formularea lui Boyle, legea suna literal așa: „Sub influență forță externă gazul este comprimat elastic, iar în absența lui se dilată, în timp ce compresia sau dilatarea liniară este proporțională cu forța elastică a gazului.” Imaginați-vă că stoarceți un umflat balon. Deoarece există suficient spațiu liber între moleculele de aer, puteți cu ușurință, aplicând o forță și lucrând, să comprimați mingea, reducând volumul de gaz din interiorul ei. Aceasta este una dintre principalele diferențe dintre gaz și lichid. Într-o sferă de apă lichidă, de exemplu, moleculele sunt împachetate strâns împreună, ca și cum sferele ar fi umplute cu granule microscopice. Prin urmare, spre deosebire de aer, apa nu se pretează la compresiune elastică. (Dacă nu mă credeți, încercați să împingeți un dop de plută bine fixat în gâtul unei sticle pline cu apă până la dopul.) Legea Boyle-Mariotte, împreună cu legea lui Charles, au format baza ecuației de stare a un gaz ideal.
J. Trefil o numește „legea lui Boyle”, dar noi am preferat numele legii acceptat în tradiția rusă. — Nota traducător.
Vezi și:
Robert Boyle, 1627-91
Fizician și chimist anglo-irlandez. Născut în Castelul Lismore, Irlanda, devenind cel de-al paisprezecelea copil al contelui de Cork, un aventurier celebru din epoca reginei Elisabeta. După ce a absolvit școala privilegiată Eton, unde a fost unul dintre primii studenți dintre „tinerii domni”, a plecat într-o călătorie de mulți ani prin Europa continentală, timp în care și-a continuat studiile la Universitatea din Geneva. Întors în patria sa în 1648, a echipat un laborator privat și a început cercetările fizice și chimice pe baza acestuia. În 1658 s-a mutat la Oxford, unde Robert Hooke i-a devenit student și asistent de laborator. cm. Hooke's Law), viitor secretar științific al Societății Regale. Apropo, Boyle a fost unul dintre fondatorii și co-fondatorii Societății Regale, care a apărut dintr-un cerc de tineri oameni de știință de la Oxford. petrecut o serie intreaga experimente chimice inovatoare, inclusiv experimente pentru a studia în detaliu proprietățile acizilor și bazelor. Potrivit unor rapoarte, el a fost primul care a formulat o ipoteză despre existența elementelor chimice. S-a dovedit că aerul este necesar pentru ardere și respirație. Pe lângă studiile sale în știință, a fost co-fondator și acționar al Companiei Indiei de Est și a fost implicat activ în munca misionară în speranța de a converti locuitorii coloniilor de est ale Imperiului Britanic la creștinism.
Cum respirăm?
Volumul de aer dintre veziculele pulmonare și mediu extern efectuată ca urmare a mișcărilor respiratorii ritmice ale toracelui. Când inhalați, volumul toracelui și plămânilor crește, în timp ce presiunea din acestea scade și aerul intră în veziculele pulmonare prin căile respiratorii (nas, gât). La ieșire, volumul toracelui și plămânilor scade, presiunea din veziculele pulmonare crește și aerul cu un conținut în exces de monoxid de carbon (dioxid de carbon) părăsește plămânii spre exterior. Aici se aplică legea Boyle-Mariotte, adică dependența presiunii de volum.
Cât timp nu putem respira? Chiar și oamenii instruiți își pot ține respirația 3-4 sau chiar 6 minute, dar nu mai mult. O lipsă mai lungă de oxigen poate duce la moarte. Prin urmare, oxigenul trebuie furnizat constant organismului. Respirația este transferul de oxigen din mediuîn interiorul corpului. Organul principal sistemul respirator
– plămâni, în jurul cărora se află lichidul pleural.
Aplicarea legii Boyle-Mariotte
Legile gazelor funcționează activ nu numai în tehnologie, ci și în natura vie și sunt utilizate pe scară largă în medicină.
Legea Boyle-Marriott începe să „lucreze pentru o persoană” (ca și pentru orice mamifer) din momentul nașterii sale, de la prima respirație independentă.
La respirație, mușchii intercostali și diafragma modifică periodic volumul toracelui. Când cutia toracică se extinde, presiunea aerului din plămâni scade sub presiunea atmosferică, adică. Legea izotermă (pv=const) „funcționează”, iar ca urmare a diferenței de presiune rezultată, are loc inhalarea.
Respirația pulmonară: difuzia gazelor în plămâni
Pentru ca schimbul prin difuzie să fie suficient de eficient, suprafața de schimb trebuie să fie mare și distanța de difuzie trebuie să fie mică. Bariera de difuzie din plămâni îndeplinește pe deplin aceste condiții. Suprafata totala alveolele au aproximativ 50 - 80 de metri pătrați. m. Datorită caracteristicilor sale structurale, țesutul pulmonar este potrivit pentru difuzie: sângele capilarelor pulmonare este separat de spațiul alveolar printr-un strat subțire de țesut. În timpul procesului de difuzie, oxigenul trece prin epiteliul alveolar, spațiul interstițial dintre principalele membrane, endoteliul capilar, plasma sanguină, membrana eritrocitară și mediul intern al eritrocitului. Distanța totală de difuzie este de numai aproximativ 1 µm.
Moleculele de dioxid de carbon difuzează pe aceeași cale, dar în sens invers- de la eritrocit la spatiul alveolar. Cu toate acestea, difuzia dioxidului de carbon devine posibilă numai după eliberarea sa din legătură chimică cu alte conexiuni.
Când un eritrocit trece prin capilarele pulmonare, timpul în care difuzia este posibilă (timp de contact) este relativ scurt (aproximativ 0,3 s). Cu toate acestea, acest timp este suficient pentru ca tensiunea gazelor respiratorii din sânge și presiunea lor parțială în alveole să devină aproape egale.
Experiență pentru a determina volumul curent și capacitatea vitală a plămânilor.
Ţintă: determina volumul curent și capacitatea vitală a plămânilor.
Echipament: balon, bandă de măsurat.
Progresul lucrărilor :
Să umflăm balonul cât mai mult posibil în N (2) expirații calme.
Să măsurăm diametrul mingii și să calculăm volumul acesteia folosind formula:
Unde d este diametrul mingii.
Să calculăm volumul curent al plămânilor noștri: , unde N este numărul de expirații.
Să umflam balonul de încă două ori și să calculăm volumul curent mediu al plămânilor noștri
Să determinăm capacitatea vitală a plămânilor (VC) - cel mai mare volum de aer pe care o persoană îl poate expira după cea mai profundă respirație. Pentru a face acest lucru, fără a scoate mingea din gură, respirați adânc pe nas și expirați cât mai mult posibil prin gură în minge. Să repetăm de 2 ori. , unde N=2.
Legea lui Boyle - Mariotte
Legea lui Boyle - Mariotta- una dintre legile fundamentale ale gazelor, descoperită în 1662 de Robert Boyle și redescoperită independent de Edme Mariotte în 1676. Descrie comportamentul unui gaz într-un proces izoterm. Legea este o consecință a ecuației Clapeyron.
- 1 Formulare
- 2 Consecințe
- 3 Vezi de asemenea
- 4 Note
- 5 Literatură
Formulări
Afirmația legii Boyle-Mariotte este următoarea:
La temperatura și masa constantă a gazului, produsul dintre presiunea gazului și volumul acestuia este constant.
În formă matematică, această afirmație este scrisă ca o formulă
unde este presiunea gazului; este volumul de gaz și este o valoare constantă în condiții specificate. În general, valoarea este determinată natura chimica, masa gazului și temperatura.
Evident, dacă indicele 1 indică cantitățile legate de starea inițială a gazului, iar indicele 2 - la starea finală, atunci formula de mai sus poate fi scrisă sub forma
.
Din formulele de mai sus și din formulele date, urmează forma dependenței presiunii gazului de volumul său într-un proces izoterm:
Această dependență este o altă expresie, echivalentă cu prima, a conținutului legii Boyle-Mariotte. Înseamnă că
Presiunea unei anumite mase de gaz la o temperatură constantă este invers proporțională cu volumul acestuia.
Atunci relația dintre stările inițiale și finale ale gazului care participă la procesul izoterm poate fi exprimată astfel:
Trebuie remarcat faptul că aplicabilitatea acestei formule și a formulei de mai sus care conectează presiunile inițiale și finale și volumele de gaz între ele nu se limitează la cazul proceselor izoterme. Formulele rămân valabile în cazurile în care temperatura se modifică în timpul procesului, dar ca urmare a procesului temperatura finală se dovedește a fi egală cu cea inițială.
Este important de precizat că această lege este valabilă doar în cazurile în care gazul în cauză poate fi considerat ideal. În special, legea Boyle-Mariotte se mulțumește cu o precizie ridicată în raport cu gazele rarefiate. Dacă gazul este foarte comprimat, atunci se observă abateri semnificative de la această lege.
Legea lui Boyle - Mariotte, legea lui Charles și legea lui Gay-Lussac, completate de legea lui Avogadro, sunt o bază suficientă pentru obținerea ecuației de stat gaz ideal.
Consecințele
Legea Boyle-Mariotte afirmă că presiunea gazului într-un proces izoterm este invers proporțională cu volumul ocupat de gaz. Dacă luăm în considerare că densitatea unui gaz este, de asemenea, invers proporțională cu volumul pe care îl ocupă, atunci ajungem la concluzia:
Într-un proces izoterm, presiunea gazului se modifică direct proporțional cu densitatea acestuia.
Se știe că compresibilitatea, adică capacitatea unui gaz de a-și modifica volumul sub influența presiunii, este caracterizată de un coeficient de compresibilitate. În cazul unui proces izoterm, vorbim despre coeficientul de compresibilitate izotermă, care este determinat de formula
unde indicele T înseamnă că derivata parțială este luată la o temperatură constantă. Înlocuind în această formulă expresia pentru relația dintre presiune și volum din legea Boyle-Mariotte, obținem:Astfel, ajungem la concluzia:
Coeficientul de compresibilitate izotermă al unui gaz ideal este egal cu inversul presiunii acestuia.
Vezi de asemenea
- Legea lui Gay-Lussac
- Legea lui Charles
- legea lui Avogadro
- Gaz ideal
- Ecuația de stare a gazelor ideale
Note
- Boyle - legea lui Mariotta // Enciclopedie fizică / Cap. ed. A. M. Prohorov. - M.: Enciclopedia Sovietică, 1988. - T. 1. - P. 221-222. - 704 p. - 100.000 de exemplare.
- Sivukhin D.V. Curs general fizică. - M.: Fizmatlit, 2005. - T. II. Termodinamica si fizica moleculara. - pp. 21-22. - 544 p. - ISBN 5-9221-0601-5.
- 1 2 Manual elementar Fizica / Ed. G. S. Landsberg. - M.: Nauka, 1985. - T. I. Mecanica. Căldură. Fizica moleculară. - P. 430. - 608 p.
- 1 2 3 Kikoin A.K., Kikoin I.K. Fizica moleculară. - M.: Nauka, 1976. - P. 35-36.
- La masă constantă.
- Livshits L.D. Compresibilitatea // Enciclopedia fizică / Cap. ed. A. M. Prohorov. - M.: Bolshaya enciclopedie rusă, 1994. - T. 4. - P. 492-493. - 704 p. - 40.000 de exemplare.
ISBN 5-85270-087-8.
Literatură
- Petrușevski F. F. Legea Boyle-Mariotte // Dicţionar Enciclopedic Brockhaus și Efron: în 86 de volume (82 de volume și 4 suplimentare). - Sankt Petersburg, 1890-1907.
Legea lui Boyle - Informații despre Mariotte
Legea lui Boyle - Mariotte
Legea lui Boyle - Mariotte
Legea lui Boyle - Mariotte Vizionați subiectul
Legea lui Boyle - Mariotte ce, Legea lui Boyle - Mariotte cine, Legea lui Boyle - Descrierea lui Mariotte
Există fragmente din wikipedia despre acest articol și videoclip
Site-ul nostru are un sistem în funcție de motor de căutare. Mai sus: „Ce căutați?”, puteți interoga totul în sistem cu caseta. Bine ați venit la motorul nostru de căutare simplu, elegant și rapid, pe care l-am pregătit pentru a vă oferi cele mai exacte și mai actualizate informații.
Motorul de căutare conceput pentru dvs. vă aduce cele mai actuale și precise informații cu un design simplu și sistem de funcționare rapidă. Puteți găsi aproape orice informație pe care o căutați pe site-ul nostru.
Pe în acest moment Servim numai în engleză, turcă, rusă, ucraineană, kazahă și limbi belaruse.
Noi limbi vor fi adăugate în sistem foarte curând.
Viaţă oameni celebri vă oferă informații, imagini și videoclipuri despre sute de subiecte precum politicieni, personalități guvernamentale, medici, site-uri de internet, fabrici, vehicule tehnologice, mașini etc.
Legea Boyle-Mariotte
Relația cantitativă dintre volumul și presiunea unui gaz a fost stabilită pentru prima dată de Robert Boyle în 1662.* Legea Boyle-Mariotte afirmă că la o temperatură constantă, volumul unui gaz este invers proporțional cu presiunea acestuia.
Această lege se aplică oricărei cantități fixe de gaz. După cum se poate observa din fig. 3.2, reprezentarea sa grafică poate varia. Graficul din stânga arată că la presiune scăzută volumul unei cantități fixe de gaz este mare.
Volumul unui gaz scade pe măsură ce presiunea acestuia crește. Matematic se scrie asa:
Totuși, legea Boyle-Mariotte este de obicei scrisă sub formă
Această notație permite, de exemplu, cunoașterea volumului inițial al gazului V1 și a presiunii sale p pentru a calcula presiunea p2 în noul volum V2.
Legea lui Gay-Lussac (legea lui Charles)
În 1787, Charles a arătat că atunci când presiune constantă se modifică volumul gazului (proporțional cu temperatura acestuia. Această dependență este prezentată grafic în Fig. 3.3, din care se poate observa că volumul gazului este liniar legat de temperatura acestuia. În formă matematică, această dependență este exprimat astfel:
Legea lui Charles este adesea scrisă într-o formă diferită:
V1IT1 = V2T1 (2)
Legea lui Charles a fost îmbunătățită de J. Gay-Lussac, care în 1802 a stabilit că volumul unui gaz, atunci când temperatura acestuia se modifică cu 1°C, se modifică cu 1/273 din volumul pe care l-a ocupat la 0°C.
Rezultă că dacă luăm un volum arbitrar din orice gaz la 0°C și la presiune constantă îi reducem temperatura cu 273°C, atunci volumul final va fi egal cu zero. Aceasta corespunde unei temperaturi de -273°C, sau 0 K. Această temperatură se numește zero absolut. În realitate nu se poate realiza. În fig.
Figura 3.3 arată cum extrapolarea graficelor volumului gazului în funcție de temperatură duce la volum zero la 0 K.
Zero absolut, strict vorbind, este de neatins. Cu toate acestea, în condiții de laborator este posibil să se realizeze temperaturi care diferă de zero absolut cu doar 0,001 K. La astfel de temperaturi, mișcările aleatorii ale moleculelor se opresc practic. Acest lucru duce la proprietăți uimitoare.
De exemplu, metalele răcite la temperaturi apropiate de zero absolut pierd aproape complet rezistenta electricași devin supraconductor*. Un exemplu de substanțe cu alte proprietăți neobișnuite la temperatură scăzută este heliul.
La temperaturi apropiate de zero absolut, heliul își pierde vâscozitatea și devine superfluid.* În 1987 au fost descoperite substanţe (ceramica sinterizată din oxizi ai elementelor lantanide, bariu şi cupru) care devin supraconductoare la temperaturi relativ ridicate, aproximativ 100 K (- 173°C). Acești supraconductori „de înaltă temperatură” deschid perspective mari în tehnologie - Aprox. traducere
Principal echipamente de laborator este desktopul pe care se desfășoară toate lucrările experimentale.
Fiecare laborator ar trebui să aibă o ventilație bună. Este necesară o hotă, în care se efectuează toate lucrările care implică utilizarea de compuși urât mirositori sau toxici, precum și arderea substanțelor organice în creuzete.
Într-o hotă specială, în care nu se efectuează lucrări legate de încălzire, substanțe volatile, nocive sau urât mirositoare (brom lichid, azot concentrat și acid clorhidric etc.
), precum și substanțe inflamabile (disulfură de carbon, eter, benzen etc.).
Laboratorul necesită instalații sanitare, canalizare, cablaj curent tehnic, aparate de incalzire pe gaz si apa. De asemenea, este recomandabil să aveți o alimentare cu aer comprimat, o conductă de vid, o alimentare cu apă caldă și abur.
Dacă nu există o alimentare specială, pentru a obține apă caldă se folosesc încălzitoare de apă din diferite sisteme.
Folosind aceste dispozitive, încălzite cu electricitate sau gaz, puteți obține rapid un jet de apă caldă cu o temperatură de aproape 100 ° C.
Laboratorul trebuie să aibă instalații pentru distilarea (sau demineralizarea) apei, deoarece în laborator este imposibil să lucreze fără apă distilată sau demineralizată. În cazurile în care obținerea apei distilate este dificilă sau imposibilă, se folosește apă distilată din comerț.
În apropierea meselor de lucru și a chiuvetelor de apă trebuie să existe borcane de lut cu o capacitate de 10-15 litri pentru scurgerea soluțiilor inutile, reactivilor etc., precum și coșuri pentru sticlă spartă, hârtie și alte resturi uscate.
Pe lângă mesele de lucru, laboratorul ar trebui să aibă un birou unde sunt depozitate toate caietele și notițele și, dacă este necesar, o masă de titrare. Ar trebui să existe scaune sau scaune înalte lângă mesele de lucru.
Balanțele analitice și instrumentele care necesită instalare permanentă (electrometrice, optice etc.) sunt amplasate într-o încăpere separată conectată la laborator, iar pentru balanțe analitice trebuie alocată o cameră specială de cântărire. Este recomandabil ca camera de cântărire să fie amplasată cu ferestre orientate spre nord. Acest lucru este important deoarece balanța nu trebuie expusă la lumina soarelui („Balance și cântărire”).
În laborator ar trebui să aveți și cele mai necesare cărți de referință, manuale și manuale, deoarece adesea în timpul lucrului este nevoie de ton sau alte informații.
vezi si
Pagina 3
Sticla chimică utilizată în laboratoare poate fi împărțită în mai multe grupuri. În funcție de scopul lor, ustensilele pot fi împărțite în ustensile de uz general, scop specialși măsurat. După material - pentru vase din sticlă simplă, sticlă specială, cuarț.
Pentru grup. Elementele de uz general includ acele articole care ar trebui să fie întotdeauna în laboratoare și fără de care majoritatea lucrărilor nu pot fi efectuate. Acestea sunt: eprubete, pâlnii simple și de separare, pahare, baloane cu fund plat, cristalizatoare, baloane conice (Erlenmeyer), baloane Bunsen, frigidere, retorte, baloane pentru apă distilată, tees, robinete.
Grupul cu scop special include acele articole care sunt utilizate într-un singur scop, de exemplu: aparat Kipp, aparat Sok-slet, aparat Kjeldahl, condensatoare de reflux, baloane Wulf, baloane Tishchenko, picnometre, hidrometre, baloane Drexel, aparat Kali , un dispozitiv pentru determinarea dioxidului de carbon, baloane cu fund rotund, frigidere speciale, un dispozitiv pentru determinarea greutății moleculare, instrumente pentru determinarea punctelor de topire și de fierbere etc.
Sticlăria de măsurare include: cilindri gradați și pahare, pipete, biurete și baloane cotate.Pentru început, vă sugerăm să vizionați următorul videoclip, care discută pe scurt și clar principalele tipuri de sticlă chimică.
vezi si:
Vase de gătit de uz general
Eprubetele (Fig. 18) sunt vase cilindrice înguste, cu fundul rotunjit; Vin în diferite dimensiuni și diametre și din sticlă diferită. Eprubetele obișnuite de laborator sunt din sticlă fuzibilă, dar pt muncă deosebită Când este necesară încălzirea la temperaturi ridicate, eprubetele sunt realizate din sticlă refractară sau cuarț.
Pe lângă eprubetele obișnuite, simple, se mai folosesc tuburi conice gradate și centrifuge.
Pentru depozitarea eprubetelor în uz, se folosesc suporturi speciale din lemn, plastic sau metal (Fig. 19).
Orez. 18. Eprubete simple și gradate
Orez. 20. Adăugarea substanțelor sub formă de pulbere în eprubetă.
Eprubetele sunt utilizate în principal pentru lucrări analitice sau microchimice. Când se efectuează reacții într-o eprubetă, reactivii nu trebuie utilizați în cantități prea mari. Este absolut inacceptabil ca eprubeta să fie umplută până la refuz.
Reacția se realizează cu cantități mici de substanțe; 1/4 sau chiar 1/8 din capacitatea eprubetei este suficientă. Uneori trebuie să introduceți o substanță solidă (pulberi, cristale etc.) într-o eprubetă.
), pentru a face acest lucru, o bandă de hârtie cu o lățime puțin mai mică decât diametrul eprubetei este pliată în jumătate în lungime și cantitatea necesară de substanță solidă este turnată în cupa rezultată. Eprubeta este ținută în mâna stângă, înclinată orizontal și se introduce o linguriță în ea aproape până în jos (Fig. 20).
Apoi eprubeta este așezată vertical dar și ușor lovită. Când toată substanța solidă s-a scurs, scoateți cupa de hârtie.
Pentru a amesteca reactivii turnați, țineți eprubeta cu degetul mare și degetul arătător al mâinii stângi la capătul superior și sprijiniți-o cu degetul mijlociu și arătător. mâna dreaptă loviți fundul eprubetei cu o lovitură oblică. Acest lucru este suficient pentru ca conținutul să fie bine amestecat.
Este complet inacceptabil să închideți eprubeta cu degetul și să o agitați astfel; în acest caz, nu numai că puteți introduce ceva străin în lichidul din eprubetă, dar uneori puteți și deteriora pielea degetului, vă arsuri etc.
Dacă eprubeta este umplută mai mult de jumătate cu lichid, amestecați conținutul cu o tijă de sticlă.
Dacă eprubeta trebuie încălzită, ar trebui să fie prinsă în suport.
Dacă eprubeta este încălzită inadecvat și puternic, lichidul fierbe rapid și stropește din el, așa că trebuie să-l încălziți cu atenție când încep să apară bule, eprubeta trebuie lăsată deoparte și, ținând-o nu în flacăra arzătorului , dar lângă el sau deasupra acestuia, continuați încălzirea cu aer cald. La încălzire, capătul deschis al eprubetei trebuie să fie îndreptat spre persoana care lucrează și departe de vecinii de pe masă.Când nu este necesară încălzirea puternică, este mai bine să scufundați eprubeta cu lichidul încălzit în apă fierbinte. Dacă lucrați cu eprubete mici (pentru semi-microanaliza), atunci încălziți-le numai în apă fierbinte turnată într-un pahar de sticlă de dimensiunea corespunzătoare (cu o capacitate de cel mult 100 ml).
Pâlnii sunt folosite pentru turnarea lichidelor, pentru filtrare etc. Pâlniile chimice sunt produse în diferite dimensiuni, diametrul lor superior este de 35, 55, 70, 100, 150, 200, 250 și 300 mm.
Pâlniile convenționale au un perete interior neted, dar pentru filtrare accelerată se folosesc uneori pâlnii cu suprafață interioară nervură.
Pâlniile filtrante au întotdeauna un unghi de 60° și un capăt lung tăiat.
În timpul funcționării, pâlniile sunt instalate fie într-un suport special, fie într-un inel pe un stand obișnuit de laborator (Fig. 21).
Pentru filtrarea într-un pahar, este util să faceți un suport simplu pentru o pâlnie (Fig. 22). Pentru a face acest lucru, se decupează o bandă de 70-80 lsh lungime și 20 mm lățime din tablă de aluminiu de aproximativ 2 mm grosime.
La un capăt al benzii este găurită o gaură cu un diametru de 12-13 mm, iar banda este îndoită așa cum se arată în Fig. 22, a. Cum să atașați o pâlnie la un pahar este prezentat în Fig. 22, b.
Când turnați lichid într-o sticlă sau balon, nu umpleți pâlnia până la refuz.
Dacă pâlnia se potrivește strâns pe gâtul vasului în care este turnat lichid, atunci transfuzia devine dificilă, deoarece în interiorul vasului se creează o presiune crescută. Prin urmare, pâlnia trebuie ridicată din când în când.
Este și mai bine să faceți un spațiu între pâlnie și gâtul vasului, plasând, de exemplu, o bucată de hârtie între ele. În acest caz, trebuie să vă asigurați că garnitura nu cade în vas. Este mai indicat să folosiți un triunghi de sârmă, pe care îl puteți face singur.Acest triunghi este plasat pe gâtul vasului și apoi se introduce pâlnia.
Pe gâtul vasului există duze speciale din cauciuc sau plastic, care asigură comunicarea între interiorul balonului și atmosfera exterioară (Fig. 23).
Orez. 21. Consolidarea unei pâlnii chimice din sticlă
Orez. 22. Dispozitiv pentru montarea unei pâlnii pe un pahar, într-un trepied.
Pentru lucrările analitice la filtrare, este mai bine să folosiți pâlnii analitice (Fig. 24). Particularitatea acestor pâlnii este că au un capăt tăiat alungit, al cărui diametru interior în partea superioară este mai mic decât în partea inferioară; Acest design accelerează filtrarea.
În plus, există pâlnii analitice cu o suprafață interioară nervură care susține filtrul și cu o expansiune sferică la joncțiunea pâlniei cu tubul. Pâlniile cu acest design accelerează procesul de filtrare de aproape trei ori comparativ cu pâlniile convenționale.
Orez. 23. Atașamente pentru gâturile sticlei. Orez. 24. Pâlnie analitică.
Pâlnii de separare(Fig. 25) sunt folosite pentru a separa lichide nemiscibile (de exemplu, apă și ulei). Acestea sunt fie cilindrice, fie în formă de pară și în cele mai multe cazuri sunt echipate cu un dop de sticlă șlefuită.
În partea de sus a tubului de ieșire există un robinet de sticlă șlefuit. Capacitatea pâlniilor de separare variază (de la 50 ml la câțiva litri în funcție de recipient, se modifică și grosimea pereților).
Cu cât capacitatea pâlniei este mai mică, cu atât pereții îi sunt mai subțiri și invers.
În timpul funcționării, pâlniile de separare sunt întărite diferit în funcție de recipient și formă. O pâlnie cilindrică cu o capacitate mică poate fi fixată pur și simplu într-un picior. Pâlniile mari sunt plasate între două inele.
Partea inferioară a pâlniei cilindrice trebuie să se sprijine pe un inel al cărui diametru este puțin mai mic decât diametrul pâlniei, inelul superior are un diametru puțin mai mare.
Dacă pâlnia se balansează în același timp, între inel și pâlnie trebuie plasată o placă de plută.
O pâlnie de separare în formă de pară este fixată pe un inel, gâtul este prins cu o labă. Asigurați întotdeauna pâlnia mai întâi și abia apoi turnați lichidele care trebuie separate în ea.Pâlniile de picurare (Fig. 26) diferă de pâlniile de separare prin faptul că sunt mai ușoare, cu pereți subțiri și
Orez. 25. Pâlnii de separare. orez. 26. Pâlnii de picurare.
În cele mai multe cazuri, cu un capăt lung. Aceste pâlnii sunt utilizate în multe lucrări atunci când o substanță este adăugată la masa de reacție în porțiuni mici sau picături. Prin urmare, de obicei fac parte din dispozitiv. Pâlniile sunt fixate în gâtul balonului folosind o secțiune subțire sau folosind un dop de plută sau cauciuc.
Înainte de a lucra cu o pâlnie de separare sau de picurare, îmbinarea robinetului din sticlă trebuie lubrifiată cu atenție cu vaselină sau un lubrifiant special.
Acest lucru face posibilă deschiderea robinetului cu ușurință și fără efort, ceea ce este foarte important, deoarece dacă robinetul se deschide etanș, îl puteți sparge sau deteriora întregul dispozitiv la deschiderea acestuia.
Lubrifiantul trebuie aplicat într-un strat foarte subțire, astfel încât la întoarcerea robinetului să nu intre în tubul pâlniei sau în orificiul robinetului.
Pentru a scurge mai uniform picăturile de lichid dintr-o pâlnie de picurare și pentru a monitoriza rata de alimentare cu lichid, se folosesc pâlnii de picurare cu o duză (Fig. 27). Astfel de pâlnii au o parte extinsă imediat după robinet, care se transformă într-un tub. Lichidul curge prin robinet în această expansiune printr-un tub scurt și apoi în tubul pâlnie.
Orez. 27. Pâlnie de picurare cu duză
Orez. 28. Pahare chimice.
Orez. 29. Pâlnie cu vârf plat cu duză
Sticlărie 1 2 3
vezi si
Lecția 25. Legea Boyle-Mariotte – HIMI4KA
Arhiva lecții › Legile de bază ale chimiei
În lecția 25" Legea Boyle-Mariotte"de la curs" Chimie pentru manechine„Vom lua în considerare legea care leagă presiunea și volumul unui gaz, precum și graficele dependenței presiunii de volum și volumului de presiune. Permiteți-mi să vă reamintesc că în ultima lecție „Presiunea gazului” ne-am uitat la proiectarea și principiul de funcționare a unui barometru cu mercur, am dat, de asemenea, o definiție a presiunii și am examinat unitățile sale de măsură.
Robert Boyle(1627-1691), căruia îi datorăm prima definiție practic corectă element chimic(aflam in capitolul 6), sa interesat si de fenomenele care au loc in vasele cu aer rarefiat.
Inventând pompe de vid pentru pomparea aerului din containere închise, el a atras atenția asupra unei proprietăți familiare oricui care a umflat vreodată vezica unei mingi de fotbal sau a stors ușor un balon: cu cât aerul dintr-un recipient închis este mai comprimat, cu atât mai mult este comprimat. rezistă la compresiune.
Boyle a numit această proprietate „ elasticitate» aer și l-am măsurat folosind un dispozitiv simplu prezentat în Fig. 3.2, a și b.
Boyle a prins niște aer cu mercur în capătul închis al unui tub curbat (Fig. 3-2, a) și apoi a comprimat acest aer adăugând treptat mercur la capătul deschis al tubului (Fig. 3-2, b).
Presiunea experimentată de aer în partea închisă a tubului este egală cu suma presiunii atmosferice și a presiunii unei coloane de mercur de înălțimea h (h este înălțimea cu care nivelul de mercur la capătul deschis al tubului). depăşeşte nivelul de mercur la capătul închis). Măsurătorile de presiune și volum obținute de Boyle sunt date în tabel. 3-1.
Deși Boyle nu a luat măsuri speciale pentru a menține o temperatură constantă a gazului, se pare că în experimentele sale aceasta s-a schimbat doar puțin. Cu toate acestea, Boyle a observat că căldura de la flacăra lumânării a provocat schimbări semnificative în proprietățile aerului.
Analiza datelor privind presiunea și volumul aerului în timpul comprimării acestuia
Tabelul 3-1, care conține datele experimentale ale lui Boyle privind relația dintre presiune și volum pt aerul atmosferic, situat sub spoiler.
După ce cercetătorul primește date similare cu cele date în tabel. 3-1, el încearcă să găsească o ecuație matematică care leagă două mărimi dependente pe care le-a măsurat.
O modalitate de a obține o astfel de ecuație este reprezentarea diferitelor puteri ale unei cantități față de alta, în speranța de a obține un grafic în linie dreaptă.
Ecuația generală a unei drepte este:
unde x și y sunt variabile interdependente, iar a și b sunt numere constante. Dacă b este zero, o dreaptă trece prin origine.
În fig. 3-3 prezintă diferite metode reprezentare grafică date pentru presiunea P și volumul V date în tabel. 3-1.Graficele lui P față de 1/K și V față de 1/P sunt linii drepte care trec prin origine.
Graficul logaritmului P față de logaritmul V este, de asemenea, o dreaptă cu o pantă negativă, a cărei tangentă este - 1. Toate aceste trei grafice conduc la ecuații echivalente:
- P = a / V (3-3a)
- V = a / P (3-3b)
- log V = log a - log P (3-3v)
Fiecare dintre aceste ecuații reprezintă una dintre opțiuni Legea Boyle-Mariotte, care se formulează de obicei astfel: pentru un număr dat de moli de gaz, presiunea acestuia este proporțională cu volumul său, cu condiția ca temperatura gazului să rămână constantă.
Apropo, probabil te-ai întrebat de ce legea Boyle-Marriott este numită cu un nume dublu. Acest lucru s-a întâmplat deoarece această lege, independent de Robert Boyle, care a descoperit-o în 1662, a fost redescoperită de Edmus Marriott în 1676. Doar așa.
Când relaţia dintre două mărimi măsurabile este simplă în măsura în care în acest caz,, se poate stabili si numeric.
Dacă fiecare valoare a presiunii P este înmulțită cu valoarea corespunzătoare a volumului V, este ușor de verificat că toate produsele pentru o anumită probă de gaz la o temperatură constantă sunt aproximativ aceleași (vezi Tabelul 3-1). Astfel, putem scrie asta
Ecuația (3-3g) descrie relația hiperbolică dintre valorile lui P și V (a se vedea Fig. 3-3, a). Pentru a verifica dacă graficul dependenței lui P de V, construit din date experimentale, corespunde într-adevăr unei hiperbole, vom construi un grafic suplimentar al dependenței produsului P V de P și ne vom asigura că este o linie dreaptă orizontală ( vezi Fig. 3-3,e).
Boyle a descoperit că pentru o cantitate dată de orice gaz la o temperatură constantă, relația dintre presiunea P și volumul V este descrisă destul de satisfăcător de relația
- P V = const (la constanta T și n) (3-4)
Formula din legea Boyle-Mariotte
Pentru a compara volumele și presiunile aceleiași probe de gaz în condiții diferite (dar temperatură constantă), este convenabil să ne imaginăm Legea Boyle-Mariotteîn următoarea formulă:
unde indicii 1 și 2 corespund la două condiții diferite.
Exemplul 4: Pungi de plastic livrate pe Platoul Colorado produse alimentare(vezi exemplul 3) deseori izbucnesc deoarece aerul din ele se extinde atunci când se ridică de la nivelul mării la o înălțime de 2500 m, în condiții de presiune atmosferică scăzută.
Dacă presupunem că punga conține 100 cm3 de aer la presiunea atmosferică la nivelul mării, ce volum ar ocupa acest aer la aceeași temperatură pe Platoul Colorado? (Să presupunem că pungile șifonate care nu restricționează expansiunea aerului sunt folosite pentru livrarea produselor; datele lipsă ar trebui luate din Exemplul 3.)Soluţie
Să folosim legea lui Boyle sub forma ecuației (3-5), unde indicele 1 se va referi la condițiile de la nivelul mării, iar indicele 2 la condițiile de la o altitudine de 2500 m deasupra nivelului mării. Atunci P1 = 1.000 atm, V1 = 100 cm3, P2 = 0.750 atm și V2 trebuie calculat. Aşa,
Legile de bază ale gazelor ideale sunt utilizate în termodinamica tehnică pentru a rezolva o serie de probleme de inginerie în procesul de dezvoltare a proiectării și a documentației tehnologice tehnologia aviației, motoare de aeronave; producerea și funcționarea acestora.
Aceste legi au fost inițial obținute experimental. Ulterior, au fost derivate din moleculare teoria cinetică structurilor corpului
Legea Boyle-Mariotte stabilește dependența volumului unui gaz ideal de presiunea la o temperatură constantă. Această dependență a fost derivată de chimistul și fizicianul englez R. Boyle în 1662, cu mult înainte de apariția teoriei cinetice a gazului. Independent de Boyle, aceeași lege a fost descoperită de E. Marriott în 1676. Legea lui Robert Boyle (1627 - 1691), un chimist și fizician englez care a stabilit această lege în 1662, și a lui Edme Mariotte (1620 - 1684), un fizician francez care a stabilit această lege în 1676: produsul dintre volumul unei mase date a unui gaz ideal și presiunea acestuia este constantă la o temperatură constantă sau.
Legea Boyle-Mariotte se numește și afirmă că la temperatura constanta, presiunea gazului este invers proportionala cu volumul sau.
Să presupunem la o temperatură constantă a unei anumite mase de gaz:
V 1 – volumul de gaz la presiune r 1 ;
V 2 – volumul de gaz la presiune r 2 .
Apoi, conform legii, putem scrie
Înlocuind valoarea volumului specific în această ecuație și luând masa acestui gaz T= 1 kg, obținem
p 1 v 1 =p 2 v 2 sau pv= const .(5)
Densitatea gazului este inversul volumului său specific:
atunci ecuația (4) va lua forma
adică densitățile gazelor sunt direct proporționale cu presiunile lor absolute. Ecuația (5) poate fi considerată ca o nouă expresie a legii Boyle-Mariotte care poate fi formulată după cum urmează: produsul presiunii și volumul specific al unei anumite mase a aceluiași gaz ideal pentru diferitele sale stări, dar la aceeași temperatură, este o valoare constantă.
Această lege poate fi obținută cu ușurință din ecuația de bază a teoriei cinetice a gazelor. Înlocuirea numărului de molecule pe unitate de volum din ecuația (2) cu raportul N/V (V- volumul unei mase date de gaz, N– numărul de molecule în volum) obţinem
Deoarece pentru o masă dată de gaz valorile NŞi β sunt constante, apoi la temperatura constanta T=const pentru o cantitate arbitrară de gaz, ecuația Boyle-Mariotte va avea forma
pV = const, (7)
iar pentru 1 kg de gaz
pv = const.
Să reprezentăm grafic în sistemul de coordonate r – v modificarea stării gazului.
De exemplu, presiunea unei mase date de gaz cu un volum de 1 m 3 este egală cu 98 kPa, apoi, folosind ecuația (7), determinăm presiunea unui gaz cu un volum de 2 m 3
Continuând calculele, obținem următoarele date: V(m 3) este egal cu 1; 2; 3; 4; 5; 6; respectiv r(kPa) este egal cu 98; 49; 32,7; 24,5; 19,6; 16.3. Folosind aceste date construim un grafic (Fig. 1).
Orez. 1. Dependența presiunii gazului ideal de volumul la
temperatura constanta
Curba rezultată - o hiperbolă obținută la o temperatură constantă - se numește izotermă, iar un proces care are loc la o temperatură constantă se numește izotermă. Legea Boyle-Mariotte este aproximativă și la presiuni foarte mari și temperaturi scăzute este inacceptabilă pentru calculele termotehnice.
Legea Gay-Lussak determină dependența volumului unui gaz ideal de temperatura la presiune constantă. (Legea lui Joseph Louis Gay-Lussac (1778 - 1850), un chimist și fizician francez care a stabilit pentru prima dată această lege în 1802: volumul unei mase date de gaz ideal la presiune constantă crește liniar odată cu creșterea temperaturii, adică , unde este volumul specific la; β este coeficientul de dilatare volumetrică egal cu 1/273,16 per 1 o C.) Legea a fost stabilită experimental în 1802 de către fizicianul și chimistul francez Joseph Louis Gay-Lussac, după care a primit numele. Explorând expansiunea termică a gazelor în mod experimental, Gay-Lussac a descoperit că la presiune constantă, volumele tuturor gazelor cresc atunci când sunt încălzite aproape în mod egal, adică, cu o creștere a temperaturii cu 1 ° C, volumul unei anumite mase de gaz crește cu 1/273 din volumul pe care l-a ocupat această masă de gaz la 0°C.
Creșterea volumului atunci când este încălzită cu 1 °C cu aceeași cantitate nu este întâmplătoare, dar pare a fi o consecință a legii Boyle-Mariotte. Inițial, gazul este încălzit la un volum constant cu 1 °C, presiunea acestuia crește cu 1/273 din cea inițială. Apoi gazul se dilată la o temperatură constantă, iar presiunea lui scade la cea inițială, iar volumul său crește cu aceeași cantitate. Indicând volumul unei anumite mase de gaz la 0°C cu V 0 și la temperatură t°C în Vt Să scriem legea după cum urmează:
Legea lui Gay-Lussac poate fi reprezentată și grafic.
Orez. 2. Dependenţa volumului unui gaz ideal de temperatura la constantă
presiune
Folosind ecuația (8) și luând temperatura egală cu 0°C, 273°C, 546°C, calculăm volumul de gaz egal cu, respectiv V 0 , 2V 0 , 3V 0 . Să reprezentăm grafic temperaturile gazelor de-a lungul axei absciselor pe o anumită scară convențională (Fig. 2) și volumele de gaz corespunzătoare acestor temperaturi de-a lungul axei ordonatelor. Conectând punctele obținute pe grafic, obținem o linie dreaptă reprezentând dependența volumului unui gaz ideal de temperatura la presiune constantă. Această linie se numește izobară, iar procesul care are loc la presiune constantă este izobaric.
Să ne întoarcem încă o dată la graficul modificărilor volumului gazului în funcție de temperatură. Să continuăm linia dreaptă până când se intersectează cu axa x. Punctul de intersecție va corespunde cu zero absolut.
Să presupunem că în ecuația (8) valoarea Vt= 0, atunci avem:
dar din moment ce V 0 ≠ 0, prin urmare, unde are t= – 273°C. Dar – 273°C=0K, ceea ce trebuia demonstrat.
Să reprezentăm ecuația Gay-Lussac sub forma:
Amintindu-ne că 273+ t=T, și 273 K=0°C, obținem:
Înlocuind valoarea volumului specific în ecuația (9) și luând T=1 kg, obținem:
Relația (10) exprimă legea lui Gay-Lussac, care poate fi formulată astfel: la presiune constantă, volumele specifice de mase identice ale aceluiași gaz ideal sunt direct proporționale cu temperaturile sale absolute. După cum se poate observa din ecuația (10), legea lui Gay-Lussac prevede că că raportul dintre volumul specific al unei mase date de gaz împărțit la temperatura sa absolută este o valoare constantă la o presiune constantă dată.
Ecuația care exprimă legea Gay-Lussac are forma generală
și poate fi obținută din ecuația de bază a teoriei cinetice a gazelor. Ecuația (6) va fi reprezentată sub formă
la p=const obţinem ecuaţia (11). Legea lui Gay-Lussac este utilizată pe scară largă în tehnologie. Astfel, pe baza legii expansiunii volumetrice a gazelor, a fost construit un termometru pentru gaz ideal pentru măsurarea temperaturilor în intervalul de la 1 la 1400 K.
Legea lui Charles stabilește dependența presiunii unei mase date de gaz de temperatura la un volum constant Legea lui Jean Charles (1746 - 1823), un om de știință francez care a stabilit această lege pentru prima dată în 1787 și a fost rafinată de J. Gay. -Lussaccombe în 1802: presiunea unui gaz ideal de masă și volum constant crește liniar atunci când este încălzit, adică unde r o – presiunea la t= 0°C.
Charles a stabilit că atunci când este încălzită într-un volum constant, presiunea tuturor gazelor crește aproape în mod egal, adică. cu o creștere a temperaturii cu 1 °C, presiunea oricărui gaz crește cu exact 1/273 din presiunea pe care o avea o anumită masă de gaz la 0 °C. Să notăm presiunea unei anumite mase de gaz într-un vas la 0°C cu r 0 și la temperatură t° prin p t. Când temperatura crește cu 1°C, presiunea crește cu, iar când temperatura crește cu t presiunea °C crește cu. Presiune la temperatura t°Egal cu creșterea inițială plus presiunea sau
Formula (12) vă permite să calculați presiunea la orice temperatură dacă este cunoscută presiunea la 0°C. În calculele de inginerie se folosește foarte des ecuația (legea lui Charles), care se obține ușor din relația (12).
De când, și 273 + t = T sau 273 K = 0°C = T 0
La un volum specific constant, presiunile absolute ale unui gaz ideal sunt direct proporționale cu temperaturile absolute. Inversând termenii de mijloc ai proporției, obținem
Ecuația (14) este o expresie a legii lui Charles în formă generală. Această ecuație poate fi derivată cu ușurință din formula (6)
La V=const primim ecuație generală legea lui Charles (14).
Pentru a reprezenta grafic dependența unei mase date de gaz de temperatura la un volum constant, folosim ecuația (13). Să fie, de exemplu, la o temperatură de 273 K = 0°C, presiunea unei anumite mase de gaz este de 98 kPa. Conform ecuației, presiunea la temperaturi de 373, 473, 573 °C va fi respectiv 137 kPa (1,4 kgf/cm2), 172 kPa (1,76 kgf/cm2), 207 kPa (2,12 kgf/cm2). Folosind aceste date construim un grafic (Fig. 3). Linia dreaptă rezultată se numește izocor, iar procesul care are loc la un volum constant se numește izocor.
Orez. 3. Dependența presiunii gazului de temperatura la volum constant