Toepassen van de Ideale Gaswet: Molaire Massa, Dichtheid en Volume

Alle ideale gassen voldoen qua gedrag aan een bepaalde relatie tussen druk, volume, mol en temperatuur zoals voorgeschreven door de ideale gaswet. In deze vergelijking is R de ideale gasconstante. Door de vergelijking opnieuw te rangschikken, kan elk van de variabelen worden berekend, zolang de andere drie bekend zijn.Wat is bijvoorbeeld het volume van één mol ideaal gas onder standaard temperatuur-en drukomstandigheden? Afgekort als STP, zijn deze omstandigheden 0 graden Celsius of 273 kelvin en één atmosfeer. Door de vergelijking te herschikken en de waarden voor n, 1 mol, temperatuur, 273 kelvin, druk, één atmosfeer en de ideale gasconstante, 0, 08206 liter-atm per mol-kelvin, in te vullen, neemt één mol van een ideaal gas een volume van 22, 4 liter in beslag.Dit is het molaire volume bij STP, wat ook een goede benadering is voor veel gangbare gassen. Bij hogere temperaturen en lagere drukken zet het gas uit en is het molaire volume groter dan bij standaardomstandigheden. Bij lagere temperaturen en hogere drukken is het molaire volume kleiner.Een andere bruikbare hoeveelheid van een gas is de dichtheid. Bedenk dat het aantal mol, n, gelijk is aan de massa van het gas gedeeld door zijn molaire massa. Het substitueren van deze relatie in de ideale gasvergelijking en vervolgens herschikken, levert een uitdrukking op voor massa gedeeld door volume of dichtheid.Uit deze vergelijking is de dichtheid van een gas recht evenredig met zijn molaire massa. Daarom zweven heliumballonnen weg wanneer ze buiten worden losgelaten. De molaire massa, en dus de dichtheid, van helium is veel kleiner dan die van lucht, die voornamelijk uit stikstof en zuurstof bestaat.Merk ook op dat dichtheid en temperatuur omgekeerd evenredig zijn. Dit wordt waargenomen bij het besturen van een heteluchtballon. Door de brander aan te zetten, worden de luchtmoleculen in de ballon opgewarmd en bewegen ze sneller.De druk in de ballon neemt toe, maar de ballon is zo ontworpen dat een deel van de lucht ontsnapt. Hierdoor is de lucht in de ballon minder dicht dan de omringende lucht. Door dit verschil in dichtheid stijgt de ballon.Omgekeerd laat het uitschakelen van de brander en het openen van de ventilatieopening de warmte ontsnappen. Terwijl de ballon samentrekt, komt er buitenlucht binnen, waardoor de dichtheid in de ballon toeneemt vergeleken met die in de omgeving. Dan, vanwege het gewicht in de mand, daalt de ballon.De vergelijking, wanneer deze opnieuw is gerangschikt, stelt ons ook in staat om de molaire massa van een onbekend gas te berekenen. Stel dat een onbekend gas met een massa van 12, 5 gram een volume inneemt van 6, 08 liter en een druk uitoefent van 1, 2 atmosfeer bij 40 graden Celsius. De dichtheid van het gas is bekend uit de gegeven massa en volume.Vervolgens wordt de temperatuur in graden Celsius omgezet in eenheden kelvin en in de vergelijking gesubstitueerd samen met de waarden voor druk en de gasconstante. Oplossen voor M levert een molecuulgewicht op van 44 gram per mol. Daarom is kooldioxide het onbekende gas.