1. Gazy
- Uniformly fills any container
- Mixes completely with any other gas
- Exerts pressure on its surroundings

2. Ciśnienie
F 1 atm = 101325 Pa
p=
S 1 atm = 760 mm Hg = 760 Torr
N kg ⋅ m kg
= = = Pa 05_48 Atmospheric Atmospheric
2 2 2 2 pressure (Patm) pressure (Patm)
m s ⋅m s ⋅m
A Schemat prostego manometru.
Pomiar ciśnienia gazu w bańce
(mm Hg = Torr)
h h
Gas Gas
a) ciśnienie gazu = ciśnienie pressure (Pgas) pressure (Pgas)
greater than
less than
atmosferyczne – h, atmospheric
pressure
atmospheric
pressure
b) ciśnienie gazu = ciśnienie (Pgas) = (Patm) - h (Pgas) = (Patm) + h
atmosferyczne + h (a) (b)

3. Jakie są właściwości gazów?
Wyniki doświadczeń

4. Film1_zależność p od V.MOV
Prawo Boyle’a
05_50
Doświadczenie
100
40
slope = k
P (in Hg)
V(in3)
50 20
P
P
temperatura stała 2 0
0 0.01 0.02 0.03
05_1541
0 20 40 60
1/P (in Hg)
Pext V
Pext
2V
V(in3)
Volume is decreased (a) a) Objętość się podwaja jeżeli ciśnienie spada
(b)
dwukrotnie
b) Wykres V od 1/p daje linię prostą, z
nachylenia której można wyznaczyć stałą k

5. Prawo Boyle’a*
Synteza informacji
ciśnienie × objętość = constant (T = constant)
V = k/p (T = constant)
p1V1 = p2V2 (T = constant)
*
stosuje się do niskich ciśnień

6. Film2 - zależność p od T.MOV
Prawo Charlesa
05_53
He
6
5
Doświadczenie 4
CH4
V(L)
3 H2O
H2
2
1 N2O
05_1543
Pext -300 -200 -100 0 100 200 300
T1 T2 -273.2 ºC T(ºC)
Pext
 Wyniki eksperymentów pokazują, że
zależność V od T jest prostoliniowa.
Linie ciągłe odpowiadają wynikom
Energy (heat) added eksperymentów, linie przerywane są
ekstrapolacją wyników do obszarów
gdzie gazy skraplają się a następnie
zestalają.
V1 V2

7. Prawo Charlesa
Synteza informacji
Objętość gazu jest wprost proporcjonalna
do temperatury
V = b·T
V1 V2
= dla p = const
T1 T2

8. Prawo Avogadry
dla gazu w stałej temperaturze i pod stałym
ciśnieniem objętość jest wprost proporcjonalna
do liczby moli gazu (niskie ciśnienia).
V = a1·n
a1 = stała proporcjonalności
V = objętość gazu
n = liczba moli

9. Prawo Daltona – ciśnienia
parcjalne
Dla mieszaniny gazów:
ptotal = p1 + p2 + p3 + . . .

10. Jak uogólnić wyniki doświadczeń?
Jak opisać stan gazu za pomocą
parametrów fizycznych?
prawo – co się dzieje?
model – dlaczego tak się dzieje?

11. Jak uogólnić wyniki doświadczeń?
“stan” gazu określają parametry stanu – p, T, V

12. Jak uogólnić wyniki doświadczeń?
 T=const ⇒ p=k/V - prawo Boyle’a
 V=const ⇒ p=bT - prawo Gay-Lussaca
 p=const ⇒ V=aT - prawo Charlesa
 p,T=const ⇒ V=a1n - prawo Avogadry

13. Prawo uogólnione
Równanie stanu gazu doskonałego
pV = nRT
p – ciśnienie, Pa
V – objętość, m3
n – liczba moli, mol
T – temperatura, K
R – wsp. proporcjonalności, stała gazowa
8.31 J/mol·K

14. Równanie stanu gazu doskonałego
Wnioski
1. Gęstość gazu
Mp kg
d= 3
RT m
2. Masa cząsteczkowa
mRT dRT kg
M= =
pV p mol

15. Jak wyjaśnić wyniki doświadczeń?
Czy można równanie stanu
wyprowadzić teoretycznie?
prawo – co się dzieje?
model – dlaczego tak się dzieje?

16. Model gazu doskonałego
Założenia
1. Objętość cząsteczek gazu ≈ 0.
2. Ciśnienie gazu wynika z uderzeń cząstek gazu o ścianki
naczynia. Cząsteczki znajdują się w ciągłym ruchu.
3. Cząsteczki nie oddziałują ze sobą – nie odpychają się i
nie przyciągają.
4. Średnia energia kinetyczna wywierana przez cząsteczki
∝ temperatura gazu wyrażona w Kelvinach

17. Model gazu doskonałego
Założenia
Film3 gazy - ruch cząsteczek.MOV
Film5- mikroskopowe ujęcie temperatury.MOV

18. Model gazu doskonałego
Ograniczenia modelu
Kiedy model może być stosowany?
T – wysoka
p – niskie
Dlaczego?

19. Model gazu doskonałego
Wnioski z modelu
1. Ciśnienie
L
L
L
dla 1 mola cząstek

20. Film6 gazy - mechanizm przekazywania ciepła.MOV
Model gazu doskonałego
Wnioski z modelu
2. Średnia prędkość
cząsteczek
z równania stanu gazu dosk.
dla 1 mola cząstek
m 2 RT m 2 RT
p = NA u i p= ⇒ NA u =
3V V 3V V
3RT
⇒ u=
N Am

21. Model gazu doskonałego
Wnioski z modelu
3. Średnia energia 3RT
u=
kinetyczna cząsteczek N Am

22. Model gazu doskonałego
Przewidywania modelu
1. Średnia prędkości cząsteczek:
H2≈ 2000 m/s
NH3 ≈ 600 m/s
C6H6 ≈ 300 m/s
1. Droga swobodna
10-8 – 10-7 m
1. Częstość zderzeń
109 – 1010 s-1

23. Model Maxwella-Boltzmanna
Rozkład prędkości cząstek gazu
Ile cząstek gazu posiada określoną prędkość?
05_58
05_58
Relative number molecules
molecules
with given velocity 2of O
*
prędkość najbardziej
u Relative number2of O
with given velocity
prawdopodobna
prędkość średnia
u
0 4 x 102 8 x102
0 4 x 10 2 8 x102
Molecular velocity (m/s)
Molecular velocity (m/s)

24. Rozkład Maxwella-Boltzmanna
05_59
molecules
Wraz z temperaturą
rośnie średnia prędkość 273 K
Relative number of N
cząsteczek oraz liczba
with given velocity
cząsteczek o prędkości
2
zbliżonej do średniej
1273 K
2273 K
0 1000 2000 3000
Velocity (m/s)

25. Jak wyjaśnić zjawiska?
Model jest dobry jeśli potrafi
wyjaśnić i przewidzieć

26. Zjawiska w gazach
Diffusion: describes the mixing of gases. The rate of
diffusion is the rate of gas mixing.
Effusion: describes the passage of gas into an
evacuated chamber. 05_60
Pinhole
Gas
Vacuum

27. Opis stanu gazów
Jakim innym modelem można opisać gazy?
Jak ulepszyć model gazu doskonałego?

28. 05_63
203 K
Opis stanu gazów 1.8 293 K
1.4
PV
673 K
nRT
Zależność pV/nRT od p dla 1.0 Ideal
gas
gaz doskonały
azotu w 3 temperaturach 0.6
0 200 400 600 800
P(atm)
05_62
CH4
N2
2.0
H2
PV
CO2
nRT
Zależność pV/nRT od p dla kilku 1.0 Ideal
gaz doskonały gas
różnych gazów (w 200 K)
Model gazu doskonałego działa pod niskimi
0
Model gazu doskonałego działa pod 0niskimi400 600
200 800 1000
ciśnieniami iiw wysokich temperaturach
ciśnieniami w wysokich temperaturach P(atm)

29. Równania stanu gazu
1 Równanie Van der Waalsa
[ Pobs + a ( n / V ) ] × ( V − nb) = nRT
2
↑ ↑
poprawka na ciśnienie poprawka na objętość
Pideal Videal

30. Równania stanu gazu
1 Równanie Van der Waalsa
gaz a, kPa⋅(dm3)2⋅mol-2 b, dm3⋅mol-1
He 3.45 0.0237
H2 22.7 0.0266
H2O 553 0.0305
Cl2 658 0.0562

31. Równania stanu gazu
60
Porównanie wyników otrzymanych z obliczeń na podst.
50
równania stanu gazu doskonałego i równania Van der
ciśnienie, atm
Waalsa dla azotu (0.5 mol/dm3).
40
a = 1.39 atm⋅(dm3)2⋅mol-2
b= 0.0391 dm3⋅mol-1
30
20
p dosk c=0.5
10
p vdW c=0.5
0
-200 0 200 400 600 800 1000
temperatura, °C

32. Równania stanu gazu
2 Równanie wirialne
K2 K3 Kn
pV = K1 + + 2 + ... + n −1
V V V
gdzie
p – ciśnienie, Pa K1>> K2> K3
V – objętość, m3
K1, K2, K3 – stałe równania, K1 – nie zależy
od rodzaju gazu
Stosowalność – dla każdego gazu w każdych warunkach

33. Równania stanu gazu
2 Równanie wirialne
Z doświadczeń wynika:
K1 = K1(n, T) = n·k(T)
k(T) = 8.3144·(t+273.16)
J
Stala gazowa = R = 8.3144
mol ⋅ K

34. Równania stanu gazu
2 Równanie wirialne
Jeżeli K2,K3→ 0 ⇒
pV = K1 = nk(T)=nRT
Równanie gazu doskonałego

35. Równania stanu gazu
Nazwa równania Postać równania
Gazu doskonałego pV = nRT
Wirialne pV = K1 + K2/V + K3/V2
Van der Waalsa (p + an2/V2)(V-nb) = nRT
Bertholeta (p + an2/TV2)(V-nb) = nRT
Dietericiego p(V-nb) = nRTexp(-na/RTV)

36. Chemia atmosfery
Skład powietrza
Azot - 78,06 %.(objętościowych)
Tlen - 20,98 %
Argon - 0,93%
inne - 0.03 "%

37. Chemia atmosfery
Parametry stanu atmosfery
10
-13 1000
-8
10
100
odległość, km
ciśnienie, atm
-3
10
-1
10
10
troposfera
1 1
-100 -50 0 50 100
temperatura, °C

38. Chemia atmosfery
Zanieczyszczenia powietrza
• CO, CO2
• NOx
• SO2
• VOCs – węglowodory lotne
• PAHs – policykliczne związki aromatyczne
• cząstki

39. Chemia atmosfery
Zanieczyszczenia powietrza
05_68
transport Molecules of unburned
0.5 fuel (petroleum)
N2(g)+O2(g) → 2NO(g)
0.4
Concentration (ppm)
2NO(g)+O2 → 2NO2(g) Other
0.3 pollutants
NO2
2NO2(g) → 2NO(g) + 2O(g) 0.2
NO O3
2O (g) + 2O2(g) → 2O3(g) 0.1
2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g) 0
4:00
6:00
8:00
2:00
4:00
6:00
10:00
Noon
3O2(g) → 2O3(g) Time of day
„zły ozon”

40. Chemia atmosfery
Zanieczyszczenia powietrza
transport
3O2(g) → 2O3(g)
O*+ H2O → 2OH*
OH* + NO2 → HNO3
OH* + CHx → CHyOz
smog

41. Chemia atmosfery
Zanieczyszczenia powietrza
transport
CO2

42. Chemia atmosfery
Zanieczyszczenia powietrza
kwaśne deszcze
CO2, NO2, SO2
S+O2→SO2
SO2+½O2→SO3+H2O→H2SO4

43. Chemia atmosfery
Dziura ozonowa „dobry ozon”
Budowa warstwy ozonowej
stężenie ozonu, 1012 cząst./cm3

44. Chemia atmosfery Fotochemiczne
Fotochemiczne
Katalityczne
Katalityczne
Dziura ozonowarodnik tlenowy
Rodnikowe
Rodnikowe
hν
O3 → O2 + O· pochłanianie promieniowania przez ozon
O· + O3 → 2 O2
niszczenie ozonu przez
O3 + X → O2 + XO· zanieczyszczenia powietrza
XO· + O· → O2 + X
źródła rodników: freony (CFC),
X= Cl, OH, Br, NO
N2O, H2O