Exemples de la loi des gaz de Gay-Lussac

Problèmes d'exemple de la loi des gaz parfaits

La loi des gaz de Gay-Lussac est un cas particulier de la loi des gaz parfaits où le gaz est maintenu à volume constant. Patrick Foto / Getty Images

La loi des gaz de Gay-Lussac est un cas particulier de loi des gaz parfaits où le volume de gaz est maintenu constant. Lorsque le volume est maintenu constant, la pression exercée par un gaz est directement proportionnelle à la température absolue du gaz. En termes simples, l'augmentation de la température d'un gaz augmente sa pression, tandis que la diminution de la température diminue la pression, en supposant que le volume ne change pas. La loi est également connue sous le nom de loi de pression-température de Gay-Lussac. Gay-Lussac formule la loi entre 1800 et 1802 en construisant un thermomètre à air. Ces exemples de problèmes utilisent la loi de Gay-Lussac pour trouver la pression du gaz dans un récipient chauffé ainsi que la température dont vous auriez besoin pour modifier la pression du gaz dans un récipient.

Principaux points à retenir : problèmes de chimie de la loi de Gay-Lussac

• La loi de Gay-Lussac est une forme de la loi des gaz parfaits dans laquelle le volume de gaz est maintenu constant.
• Lorsque le volume est maintenu constant, la pression d'un gaz est directement proportionnelle à sa température.
• Les équations usuelles de la loi de Gay-Lussac sont P/T = constante ou P_je/T_je=P_F/T_F.
• La raison pour laquelle la loi fonctionne est que la température est une mesure de l'énergie cinétique moyenne, de sorte que lorsque l'énergie cinétique augmente, davantage de collisions de particules se produisent et la pression augmente. Si la température diminue, il y a moins d'énergie cinétique, moins de collisions et une pression plus faible.

Exemple de loi de Gay-Lussac

Un cylindre de 20 litres contient 6 atmosphères (atm) de gaz à 27 C. Quelle serait la pression du gaz si le gaz était chauffé à 77 C?

Pour résoudre le problème, suivez simplement les étapes suivantes :
Le volume du cylindre reste inchangé pendant que le gaz est chauffé, donc Gay-Lussac loi gaz s'applique. La loi des gaz de Gay-Lussac peut s'écrire :
P_je/T_je=P_F/T_F
où
P_jeet T_jesont la pression initiale et températures absolues
P_Fet T_Fsont la pression finale et la température absolue
Tout d'abord, convertissez les températures en températures absolues.
J_je= 27 C = 27 + 273 K = 300 K
J_F= 77 C = 77 + 273 K = 350 K
Utilisez ces valeurs dans l'équation de Gay-Lussac et résolvez pour P_F.
P_F=P_jeJ_F/T_je
P_F= (6 atm)(350K)/(300K)
P_F= 7 atm
La réponse que vous en tirerez serait :
La pression augmentera à 7 atm après avoir chauffé le gaz de 27 C à 77 C.

Un autre exemple

Voyez si vous comprenez le concept en résolvant un autre problème : trouvez la température en Celsius nécessaire pour modifier la pression de 10,0 litres d'un gaz qui a une pression de 97,0 kPa à 25 C à la pression standard. La pression standard est de 101,325 kPa.

D'abord, convertissez 25 C en Kelvin (298K). Rappelez-vous que l'échelle de température Kelvin est une température absolue échelle basée sur la définition que le le volume d'un gaz à constante (faible) pression est directement proportionnel à la Température et que 100 degrés séparent le gelé et les points d'ébullition de l'eau.

Insérez les nombres dans l'équation pour obtenir :

97,0 kPa / 298 K = 101,325 kPa / x

résoudre pour x :

x = (101,325 kPa)(298 K)/(97,0 kPa)

x = 311,3 K

Soustrayez 273 pour obtenir la réponse en Celsius.

x = 38,3 °C

Conseils et avertissements

Gardez ces points à l'esprit lorsque vous résolvez un problème de loi de Gay-Lussac :

• Le volume et la quantité de gaz sont maintenus constants.
• Si la température du gaz augmente, la pression augmente.
• Si la température diminue, la pression diminue.

La température est une mesure de l'énergie cinétique des molécules de gaz. À basse température, les molécules se déplacent plus lentement et heurteront fréquemment la paroi d'un conteneur. Lorsque la température augmente, le mouvement des molécules augmente également. Ils frappent plus souvent les parois du récipient, ce qui se traduit par une augmentation de la pression.

La relation directe ne s'applique que si la température est donnée en Kelvin. Les erreurs les plus courantes que les élèves commettent en travaillant sur ce type de problème sont d'oublier de convertir en Kelvin ou d'effectuer la conversion de manière incorrecte. L'autre erreur est de négliger chiffres significatifs dans la réponse. Utiliser le plus petit nombre de chiffres significatifs donné dans le problème.

Sources

• Barnett, Martin K. (1941). 'Une brève histoire de la thermométrie'. Journal de l'éducation chimique , 18 (8): 358. doi: 10.1021/ed018p358
• Castka, Joseph F.; Metcalfe, H. Clark; Davis, Raymond E.; En ligneWilliams, John E. (2002). Chimie moderne . Holt, Rinehart et Winston. ISBN 978-0-03-056537-3.
• Crosland, MP (1961), 'Les origines de la loi de Gay-Lussac sur la combinaison des volumes de gaz', Annales des sciences , 17 (1): 1, doi: 10.1080/00033796100202521
• Gay-Lussac, J. L. (1809). 'Mémoire sur la combinaison des substances gazeuses, les unes avec les autres' (Memoir on the combination of gaseous substances with each other). Mémoires de la Société d'Arcueil 2 : 207–234.
• Tippens, Paul E. (2007). La physique , 7e éd. McGraw-Hill. 386–387.