圧力温度チャートは、物質の温度と圧力が互いにどのように関連しているかについての情報を提供します。圧力と温度には、ゲイ・リュサックの法則と呼ばれる関係があります。ゲイ リュサックの法則では、気体の質量が固定されている場合、気体の圧力は温度と正比例する関係にあると述べています。
圧力と温度が互いにどのように関連しているかを詳しく調べると、化学におけるゲイ リュサックの法則の重要性を理解し、r22 PT のような圧力-温度グラフを解釈する方法を学ぶのに役立ちます。>
ゲイ・リュサックの法則
ゲイ・リュサックの法則では、ガスのケルビン温度とガスの圧力の間には関係があると述べています。具体的には、任意の量のガスについて、体積が一定に保たれている場合、そのガスの圧力はケルビンでの温度に正比例します。別の言い方をすれば、温度が上昇すると圧力も上昇し、逆もまた同様です。この法則は次の式で表すことができます:
P / T =C
この法則は、圧力と温度の関係を定量化する実験を行ったフランスの化学者ジョセフ・ゲイ・リュサック (1778 – 1850) によって発見されました。この法則がどのように機能するかの具体例として、プロパン タンクの動作が温度によってどのように影響を受けるかを考えてみましょう。バーベキューでプロパン タンクを使って料理をしたことがある人なら、タンクの圧力計が寒い日よりも暑い日に高い値を示していることに気付いたでしょう。タンクが別の調理セッションに耐えられるかどうかを判断する際に、圧力の変動を考慮する必要がある場合があります.
圧力と温度の関係のより数学的な例として、エアロゾル内のガスの温度が異なる温度でどのように変化するかを考えてみましょう。温度が 25°C (または 298° ケルビン) のときにガスの圧力が 3 ATM である場合、845°C または 1108 10 ケルビンでの缶の圧力を計算できます。この式を使用して違いを表すことができます:
P2 =(3.00気圧×1118K)/298K =11.3気圧
ご覧のとおり、エアゾール缶の温度が上昇すると圧力が大幅に上昇します。これが、エアゾール缶を燃やして処分するのが非常に危険な理由です。
シャルルの法則を探る
ゲイ・リュサックの法則は、シャルルの法則と呼ばれる別の化学法則と非常によく似ています。シャルルの法則は、ガスの体積とガスの温度の間に強力な関係があることを認識しています。熱い空気がどのように上昇し、冷たい空気が地面に集まる傾向があるかを考えてみましょう。これが、家の 2 階が多くの場合 1 階にある理由であり、熱気球が上昇する理由です。これは、暖房ユニットが床の近くまたは床の上に配置されるのが一般的である理由でもあり、逆に空調ユニットが天井近くに配置されるのが一般的である理由でもあります。この現象の説明は、ガスが加熱されると膨張することです。同じ量のガスがより広い表面積に分布しているため、冷たい空気は熱い空気よりも密度が高いことも意味します.
フランスの化学者、ジャック アレクサンドル セザール シャルル (1746–1823) は、温度と体積の相関関係を定量化する実験を行った最初の人物です。実験の結果をグラフにプロットすることで、Charles は温度と体積の関係が基本的に直線であることを示すことができました。つまり、2 つの属性の間に多かれ少なかれ直線的な関係があるということです。線形関係があったため、気体の体積と温度の両方を追跡する直線は、体積と温度の両方が本質的に存在しないはずの点までたどることができ、この理論上の点は温度 -273.15 に対応します。 ℃。これは単なる理論値であり、実際にはガスのサンプルの体積がゼロになることはありません。考慮すべきもう 1 つのポイントは、1 気圧ではすべての既知のガスが、-273.15°C よりもはるかに高い温度で液化することです。
ゲイ・リュサックの発見とシャルルの法則はどちらも単純な方程式で表すことができ、シャルルの法則を表す方程式は次のとおりです。
V=const.T
アボガドロの法則
アボガドロの原理とも呼ばれるアボガドロの法則は、ガスの体積がそのガス内の物質の量にどのように関連するかをカバーする別のガスの法則です。より正式には、同じ体積の異なるガスは、同じ温度と圧力にある場合、すべて同じ数の分子を持つと述べています。言い換えれば、理想気体の任意の質量について、気体の圧力と温度が一定であると仮定すると、その気体の体積のモル数は正比例の関係になります。
次の式で表されるアボガドロの法則:
V=const.(n)
より具体的には、たとえば水素、窒素 (N2)、Nh3、CH4 などの 4 つの異なるガス サンプルがある場合、4 つの異なるガス サンプルは、体積が同等である限り、同じ数のガス状粒子を持ちます。同じ気圧と温度。ただし、各ガスのモル質量が異なるため、これら 4 つのガスの質量は異なることに注意してください。
原則または法則は、イタリアの科学者アメデオ・アボガドロにちなんで名付けられました。アボガドロは上記の仮説だけでなく、モル測定単位の定義にも重要な役割を果たしました。 1モルに相当する物質の量における分子、または構成粒子の数は、6.022140857(74)×10^23です。これはアボガドロ数またはアボガドロ定数です。 2019 年 5 月、国際単位系はアボガドロ定数の値を正確に 6.02214076×1023 mol−1 として再定義します。
ボイルの法則
もう 1 つの気体の法則はボイルの法則で、気体の圧力が増加すると気体の体積が減少するというものです。これは、圧力がガス中の粒子を互いに近づけるためです。逆の効果として、圧力が低下するとガスの体積が増加します。これは、ガス粒子が互いにさらに離れて移動できるためです。この効果は、気象観測気球が大気から上昇して低気圧領域に移行するにつれてサイズが大きくなるという事実の原因です。上層大気の圧力が低下するということは、外圧と内圧が等しくなるまでガスが膨張する余地が大きくなることを意味します。
ボイルの法則は、アイルランドの化学者ロバート・ボイルにちなんで名付けられました。ロバート・ボイルは、この 17 世紀半ばにガスの体積とガスが受ける圧力との関係を定量化するためのいくつかの実験を行いました。この関係を探るために、ボイルは部分的に水銀を充填した J 字型のチューブを採用しました。チューブの構造とその中の水銀は、チューブ内に少量のガスを閉じ込め、ボイルは異なる圧力下でガスの体積がどのように変化するかを測定しました.
圧力と体積の関係は、次の式で表すことができます:
V =const./P =const.(1/P)
複合ガス法
複合気体法則は、上記の法則を組み合わせて得られる一般的な気体方程式であり、圧力、体積、および温度の値が互いにどのように関連しているかを示します。ガスの任意の固定質量について、その成分間の関係は次のように表すことができます:
P1V1/T1 =p2V2/T2.
この方程式にアボガドロの法則を追加すると、次のようになります。
pV=nRT
これが理想気体の法則です。
これ以外にも、グラムの法則、ダルトンの法則、ヘンリーの法則などのガスの法則がありますが、これらの他の法則は上記の 4 つの法則ほど頻繁には使用されません。
圧力温度チャートの解釈
気体、圧力、および含まれる温度のさまざまな属性をカバーするさまざまな法則を見たので、圧力-温度チャートを解釈する方法をよりよく理解できます。このような圧力-温度グラフには、一連の行と列にわたる気体または流体の温度と圧力の両方の値が含まれます。
列は一方の軸上にあり、行はもう一方の軸上にあります。グラフの 1 行または 1 列を調べると、上で定義した法則に従って、温度が上昇すると、液体または気体の圧力も上昇するはずであることがわかります。気体または液体が特定の温度で持つ特定の圧力に興味がある場合は、その温度を探し、横の行に従って温度または圧力を見つけるか、またはその逆を見つけてください。
