Uvod

ovekovo okruenje predstavlja razliite oblike materije koja se veito kree i menja. Na Zemlji se materija predstavljaju u tri agregatna stanja, dok u vasijoni materija je najee u obliku plazme. Postoje etri agregatna stanja i to: Gasovito; Teno; vrsto; Plazma. Veina supstanci se moe jednovremeno pojaviti u vie agregatnih stanja. Da li e neka supstanca u datim uslovima biti vrsta, tena ili gasovita zavisi od dva osnovna inioca: kinetike energije molekula i meumolekulskih sila. Ako je kinetika energija molekula mnogo vea od energije meumolekulskog privlaenja, supstanca e biti u gasnom stanju. Pri dominantnom dejstvu meumolekulskog privlaenja, uspostavie se vrsto stanje. Ako nijedno od ova dva dejstva osetno ne preovlauje, supstanca e biti tena. Gas nema stalan oblik ni stalnu zapreminu jer se slobodno kree, a molekul tee da ispune prostor koji im je dostupan. Najvei deo zapremine gasa je slobodan proctor i zato gasovi imaju malu gustinu i veliku stiljivost.

Idealno gasno stanje

Pouavanje gasovitog stanja dovelo je do uveenja pojam idealni gas. Idealan gas je zamiljeni gas, u kome je zapremina estica gasa beskonano mala u odnosu na ukupnu zapreminu gasa i meuestine privlane sile su zanemarljive. Postoje tri karakteristina svojstva gasa: njihovo reagovanje na pritisak; na temperature; i njihova zavisnost od koliine

Gas koji se nalazi u idealnom gasnom stanju moe se zamisliti kao skup materijalnih taaka koje meusobno ne interaguju i koje se neprekidno haotino kreu u svim pravcima. Molekuli u ovakvom stanju poseduju samo energiju translatornog kretanja a sudari izmeu njih su elastini. Treba naglasiti da ne postoje idealni gasovi ve samo idealno gasno stanje kao odreeno fiziko stanje koje teorijski moe postii,ili mu se znatno pribliiti, svaka vrsta materije pri odreenim uslovima. Ako su gasovi dovoljno razreeni, zbog velikog rastojanja izmeu molekula, meumolekulske sile postaju zanemarljivo male u odnosu na prosenu termalnu energiju po estici. Tada se veliki broj realnih gasova,pri atmosferskom pritisku i sobnoj temperaturi, pribliava idealnom gasnom stanju. U ovakvom stanju ukupna zapremina gasnih molekula je zanemarljivo mala u odnosu na ukupnu zapreminu suda u kojoj se gas nalazi. Stoga je lako objasniti veliku kompresibilnost gasova s obzirom na to da je zapremina praznog prostora velika. U idealnom gasnom stanju, gasovi su meljivi dok je u drugim stanjima meljivost ograniena ili uopte ne postoji. Osnovne osobine gasnog stanja otkrivene su empirijski, na osnovu posmatranja zbivanja u celoj zapremini gasa. Tako su formulisani:

Bojl Mariotov (Boyle-Mariotte) zakon; Gej Lisakov (Gay Lussac) zakon; arlov (Jacques Charles) zakon; Daltonov (Dalton) zakon; Avogadrov (Avogadro) zakon.

Bojl Marijotov zakon

Robert Boyle

ROBERT BOYLE, (1627-1691) je izvodio eksperimente sa vazduhom, vakuumom, disanjem i sagorevanjem. Bio eksperimentalni filozof ranog perioda Kraljevskog drutva. Dao je vaan doprinos razvoju koncepta idealnog gasnog stanja.

Pritisak odreene koliine gasa zavisi od temperature i zapremine u kojoj se gas nalazi. Ako se jedna od ovih veliina izmeni, npr. temperatura, promenie se i druge dve veliine. Iz ovog se zakljuuje da za odreenu koliinu gasa, ako su poznate dve od tri promenljive P, V, T (pritisak, zapremina i temperatura), moe da se izrauna trea, pod uslovom da nam je poznato na koji nain zavise ove tri veliine jedna od druge. Uopte, ta zavisnost moe da se izrazi funkcijom: F(P,V ,T ) = 0 koja predstavlja opti oblik jednaine idealnog gasnog stanja. Nai ovu funkciju znai nai zakone po kojima se gasovi vladaju. Tri promenljiva parametra: pritisak, zapremina i temperatura, su potrebni i dovoljni za definiciju stanja gasova.

Engleski naunik Robert Bojl (Robert Boyle, 16271691) naao je prvi zakon gasnog stanja (1660. god.), eksperimentalnim putem. Nezavisno od njega do istog zakona doao je francuski fiziar E. Mariot (E. Mariotte, 1620 1684), 17 godina kasnije.

Eksperiment za izvoenje ovog zakona sastoji se od dve birete spojene

Edme Mariotte

gumenim crevom i napunjene priblino do polovine ivom (sl. 1). Leva bireta na gornjem kraju ima slavinu. Ako se slavina zatvori pri izjednaenim nivoima u obe birete, nad ivom e se nalaziti vazduh pod atmosferskim pritiskom. Kada se desna bireta izdigne toliko da razlika gasova u obe birete bude 76 cm, gas u levoj bireti nalazie se pod pritiskom dvaput veim od poetnog. Pri tom e se opaziti da e zapremina gasa u levoj bireti biti polovina prvobitne

zapremine. Ako se desna bireta spusti toliko da razlika nivoa bude 38 cm, gas u levoj bireti bie pod pritiskom upola manjim od poetnog, pri emu e zapremina biti dva puta vea od prvobitne.

Slika 1. Birete za izvoenje BojlMariotovog zakona

Dakle, koliko puta se pritisak povea, toliko puta se zapremina smanji i obrnuto, ili, pri stalnoj temperaturi pritisku: zapremina odreene koliine gasa je obrnuto srazmerna

V =

K1 P

K1 je konstanta koja zavisi od temperature, prirode i koliine gasa i jedinica u kojima su dati pritisak i zapremina. Zavisnost zapremine i pritiska na konstantnoj temperaturi moe se izraziti i jednainom:

PV = K 1iz koje proizilazi da je P1V1=P2V2 odnosno P1/P2=V2/V1. Objanjenje Bojl-Mariotovog zakona je u tome to je pritisak gasa posledica udara molekula gasa o zidove suda. Pri smanjenju zapremine poveava se gustina gasa, te raste i broj udara o zidove. U P-V dijagramu (sl. 2.a) jednaina predstavlja jednu granu ravnostrane

PV = K 1hiperbole, dok u dijagramu PV-P (sl. 2.b) bie predstavljena pravom paralelnom osi P. Jednaina

je jednaina izoterme jer je izvedena uz uslov da se temperatura u toku ogleda ne

PV = K 1menja. Prema tome, jednaina daje zavisnost zapremine i pritiska u specijalnom

PV = K 1sluaju, T=const.

Gej Lisakov zakon

GAY LUSAC, (1778-1850)

je bio elektrohemiar Bavio se

ispitivanjima gasova. U balonu napunjenom vodonikom popeo se na visinu od 7000 m i merio magnetne osobine, kao i pritisak, temperaturu, vlanost i sastav vazduha u funkciji od visine.

Gay Lusac

GejLisakov zakon (1802. god.) opisuje zavisnost promene zapremine sa promenom temperature pri stalnom pritisku i promenu pritiska sa promenom temperature pri stalnoj zapremini. Pri konstantnom pritisku, pri poveanju temperature za 1 K , odreena koliina bilo kog gasa povea svoju zapreminu za 1/273 od one zapremine koju taj gas ima na 273.15 K. Pri hlaenj zapremina se smanjuje za isti iznos. U nekim izvorima literature se kao Gej-Lisakov zakon navodi sledee: Pri konstantnoj zapremini pritisak odreene koliine gasa je proporcionalan termodinamikoj temperaturi.

V=k*T za V,n=cnost

arlov zakon

ak arl (1746-1823) je francuski fiziar i balonista

ak arl

.Pri stalnoj zapremini gasa, pritisak je srazmeran temperaturi i gustini.

Pritisak gasa direktno varira sa temperaturom, ako je zapremina stalna, volumen gasa e se menjati sa promenom temperature ako je pritisak nepromenjen, ili ako zapremina ostaje nepromenjena, a raste temperatura, poveava se pritisak. U drugim detaljnijim definicijama, odnos izmeu mase gasa pri konstantnom pritisku je obrnuto proporcionalan temperaturi koja se dovodi u sistem, koji se dalje moe koristiti odreivanjem sistema gde predstavlja kubno irenje gasa, a , predstavlja temperaturu izmerenu u Kelvinovom mernom sistemu (u kelvinima):

Kako bi se odrala konstanta k, tokom zagrevanja gasa pri konstantnom pritisku, zapremina se mora poveavati. Slino tome, hlaenje gasa smanjie zapreminu. Tana vrednost konstante ne treba biti poznata kako bi koristili ovaj zakon za uporeivanje zapremine gasova pri jednakom pritisku:

.Dakle, kako se temperatura poveava, zapremina gasa se poveava.

Avogadrov zakon

AMEDEO AVOGADRO (1776-1856) je bio Italijanski naunik, koji je ostao upamen zbog doprinosa molekularnoj teoriji.

Amedeo Avogadro

Iste koliine gasa zauzimaju iste zapremine pri istom pritisku i temperature. Matematiski izraz ove zavisnosti: V=k*n za p,T=const Avogadro je (1811) postavio hipotezu da pod istim uslovima P i T jednake zapremine gasova sadre isti broj molekula. Na osnovu Avogadrovog zakona, jedan mol supstance definisan je kao koliina supstance koja sadri toliko elementarnih jedinki koliko ima atoma u 0,012 kg ugljenika C . Jedan mol12

idealnog gasa, ija zapremina na temperaturi 0 C i pritisku 101325 Pa iznosi 22,414 dm , sadri0 3

6,02321023

molekula. Avogadrov broj:

mol

predstavlja jednu od=1

N A = 6,0232 1023

fundamentalnih konstanti fizike hemije. Jednaina idealnog gasnog stanja: pV=nRT

Stanje idealnog gasa odreeno je pritiskom, brojem molova i temperaturom. Konstanta R je molarna kasna konstanta i ona se naziva samo gasna konstanta i ima istu vrednost za sve gasove. Gasta konstanta R se moe odrediti:

R=pVn*T

Daltonov zakon

JOHN DALTON (1766-1844) je bio Engleski naunik. Bavio se opsenim ispitivanjem atmosfere i ponaanja gasova. Njegov najvei nauni doprinos je utemeljivanje atomistika teorija materije. U smei gasova svaka komponenta ispunjava ceo prostor u kome se nalazi. Parcijalni pritisak svakog gasa pojedinano jednak je pritisku pod kojim bi se gas nalazio ako bi sam ispunjavao celu zapreminu. Parcijalni pritisak je, znai, odreen brojem molova, temperaturom i ukupnomJohn Dalton

zapreminom: PA = n A RT V

Prema Daltonovom zakonu (1810), ukupan (totalni) pritisak smee jednak je zbiru parcijalnih pritisaka komponenata. Za smeu sastavljenu od tri komponente, na primer, vai: P=PA+PB+PC odnosno: P= n A RT n B RT nC RT ( n A + n B + nC ) RT + + = V V V V , bie:

Ako se ukupan broj molova svih komponenata gasne smee obelei sa

nt PV = nt RTPolazei od odnosa parcijalnog pritiska jedne komponente i totalnog pritiska smee: RT V RT nt V

PA = P

nA

mogue je parcijalni pritisak jedne komponente izraziti kao proizvod njene molske frakcije i totalnog pritiska:

PA = x A P

Kinetika teorija gasova

Dul, Klauzijus, Maksvel i Bolcman su u periodu od 1848 do 1898. razvili su kinetiku teoriju gasova. Kinetika teorija gasova polazei od jednostavnog modela kvantitativno opisuje ponaanje i osobine gasova povezujui makroskopske osobine gasova (npr. pritisak i temperaturu) sa njihovim mikroskopskim osobinama (npr. masa, dijametar i brzina). Ona omoguava izvodjenje jednaine stanja, raspodelu brzina molekula, vrednosti toplotnih kapaciteta gasova bez uzimanja u obzir kvantnih efekata, a izmedju ostalog omoguava nam da shvatimo i termodinamike osobine na molekularnom nivou. Preko efikasnih preseka sudara omoguava nam da izraunamo broj sudara i brzine prenoenja mase, energije i momenta koliine kretanja za idealno gasno stanje. U kinetikom modelu gasova pretpostavlja se:

da atomi i molekuli imaju samo kinetiku energiju translacionog kretanja - interakcije izmeu molekula (potencijalna energija) nema u elementarnoj kinetikoj teoriji; gas se sastoji od atoma i molekula mase m koji se nalaze u neprekidnom, haotinom kretanju; veliina molekula je zanemarljiva, rastojanje koje molekuli prelaze mnogo je vea od dimenzija molekula; molekuli se tretiraju kao krute sfere - oni trpe elastine sudare (u elementarnoj kinetikoj teoriji) meusobno i sa zidovima suda, nema prenoenja energije na vibracione, rotacione i elektronske oblike kretanja i na zidove, sva energija odgovara translacionom kretanju;

molekuli se pokoravaju Njutnovim zakonima kretanja.

Molekuli gasa u sudu se haotino kreu i sudarajui se sa zidovima suda deluju izvesnom silom na njih. Iako je sila slaba, zbog ogromnog broja molekula, ukupna sila delovanja gasa na zidove suda je velika. Kada se ona obrauna po jedinici povrine, dobija se veliina pritiska gasa.

Pritisak gasa je uslovljen toplotnim kretanjem molekula i zavisi od njihove brzine, odnosno kinetike energije translatornog kretanja. Osnovna jednaina kinetike teorije gasova daje zavisnost izmeu pritiska i srednja kinetike energije translatornog kretanja molekula gasa, pritisak je brojno jednak 2/3 srednje kinetike

energije translatornokretanja molekula gasa:

p = f() p=23NV

Zakljuak

Gas nema stalan oblik ni stalnu zapreminu jer se slobodno kree, a molekul tee da ispune proctor koji im je dostupan. Najvei deo zapremine gasa je slobodan proctor i zato gasovi imaju malu gustinu i veliku stiljivost. Prema tome gasovi su zavesni od pritisk, zapremine i temeperature.

LITERATURA

1. Bajalovi, I., Osnovi fizike hemije, Univerzitet u Beogradu, Peto izdanje, IRO Graevinska 2. 3. 4.

5.

knjiga, Beograd, 1983. Dr. Popovi D., Hemijski parametri radene i ivotne sredine, Univerzitet u Niu, Ni, 2009. Holclajtner Antunovi, I., Opti kurs fizike hemije, Univerzitet u Beogradu, Fakultet za fiziku hemiju, Zavod za udbenike i nastavna sredstva, Beograd, 2000. Putanov, P., Osnove fizike hemije I deo, Univerzitet u Novom Sadu, Tehnoloki fakultet, Institut za hemiju, gas, naftu i hemijsko inenjerstvo Novi Sad, Tree izdanje, Novi Sad, 1989. www.wikipwdia.com