Applications de la loi des gaz parfaits : masse molaire, densité et volume

Tous les gaz idéaux se conforment, dans le comportement, à une relation particulière entre la pression, le volume, les moles et la température dictée par la loi des gaz idéaux. Dans cette équation, R est la constante de gaz idéale. Le réarrangement de l’équation permet de calculer n’importe laquelle des variables, à condition que les trois autres soient connues.Par exemple, quel est le volume d’une mole d’un gaz idéal dans des conditions de température et de pression standard? Abrégé en STP, ces conditions sont 0 degré Celsius ou 273 kelvin et un atmosphère. Réarrangeant l’équation et substituant dans les valeurs pour n, 1 mole, température, 273 kelvin, pression, un atmosphère, et la constante de gaz idéale, 0, 08206 litres-atmosphère par mole-kelvin, une mole d’un gaz idéal occupe un volume de 22, 4 litres.C’est le volume molaire à STP, qui est également une bonne approximation pour de nombreux gaz communs. À des températures plus élevées et à des pressions plus faibles, le gaz se dilate et son volume molaire est plus grand qu’il ne l’est dans des conditions standard. À des températures plus basses et des pressions plus élevées, le volume molaire est plus petit.Une autre quantité utile d’un gaz est sa densité. Rappelons que le nombre de moles, n, est égal à la masse du gaz, divisée par sa masse molaire. La substitution de cette relation dans l’équation du gaz idéal, puis la réarrangement, donne une expression pour la masse sur le volume ou la densité.De cette équation, la densité d’un gaz est directement proportionnelle à sa masse molaire. C’est pourquoi les ballons d’hélium flottent loin lorsqu’ils sont libérés à l’extérieur. La masse molaire, et donc la densité, de l’hélium, est beaucoup moins que celle de l’air, qui est principalement l’azote et l’oxygène.Notez également que la densité et la température sont inversement proportionnels. Ceci est observé lors du pilotage d’un ballon à air chaud. Allumer le brûleur réchauffe les molécules d’air dans le ballon et elles se déplacent plus rapidement.La pression dans le ballon augmente, mais le ballon est conçu de sorte qu’une partie de l’air s’échappe. Cela rend l’air dans le ballon moins dense que l’air environnant. En raison de cette différence de densité, le ballon monte.Inversement, le fait d’éteindre le brûleur et d’ouvrir l’évent permet à la chaleur de s’échapper. Lorsque le ballon se contracte, l’air extérieur entre, augmentant la densité dans le ballon à celle de l’environnement. Puis, à cause du poids dans le panier, le ballon descend.L’équation, une fois réarrangée, nous permet également de calculer la masse molaire d’un gaz inconnu. Supposons qu’un gaz inconnu d’une masse de 12, 5 grammes occupe un volume de 6, 08 litres et exerce une pression de 1, 2 atm à 40 degrés Celsius. La densité du gaz est connue à partir de la masse et du volume donnés.Ensuite, la température en degré Celsius est convertie en unités de kelvin et substituée dans l’équation avec les valeurs de pression et de la constante de gaz. La résolution de M donne une masse molaire de 44 grammes par mole. Par conséquent, le dioxyde de carbone est le gaz inconnu.