הבדל מפתח - קבוע גז אוניברסלי לעומת קבוע גז אופייני
שלב גזי הוא אחד משלושת השלבים העיקריים שחומר יכול להתקיים. זהו המצב הנדחס ביותר מבין שלושת מצבי החומר. רק 11 יסודות מתוך יסודות אחרים קיימים כגזים בתנאים רגילים. עם זאת, "חוק הגז האידיאלי" נותן לנו משוואה שניתן להשתמש בה כדי להסביר את ההתנהגות של גז רגיל. יש לו קבוע מידתיות שנקרא קבוע גז אוניברסלי וכאשר הוא מוחל על גז אמיתי, קבוע זה משמש בשינוי. אז זה נקרא קבוע גז אופייני.ההבדל העיקרי בין קבוע גז אוניברסלי לקבוע גז אופייני הוא שקבוע גז אוניברסלי ישים רק עבור גזים אידיאליים ואילו קבוע גז אופייני ישים עבור גזים אמיתיים.
מהו קבוע גז אוניברסלי?
מולקולות גז מסוגלות לנוע חופשי בכל החלל מאחר והן מולקולות קלות מאוד. כוחות בין מולקולות גז הם כוחות משיכה חלשים של ואן דר ואל. עם זאת, על מנת להסביר את התנהגותו של גז, מדענים גזרו תיאוריות באמצעות גז היפותטי המכונה גז אידיאלי. הם גם גזרו חוק לגבי הגז האידיאלי הזה, הידוע כחוק הגז האידיאלי.
ראשית, עלינו לדעת מה המשמעות של גז אידיאלי. זהו גז היפותטי שהיה מציג את התכונות הבאות אילו היה גז אמיתי. אלו הן רק הנחות.
- גז אידיאלי מורכב ממספר רב של מולקולות גז קטנות.
- נפח מולקולות הגז האלה זניח.
- אין אטרקציות בין מולקולות גז.
- התנועה של מולקולות הגז האלה מצייתת לחוק התנועה של ניוטון.
- התנגשויות של מולקולות הן אלסטיות לחלוטין.
על ידי התבוננות במאפיינים אלה, ניתן להבין שאף אחד מהגזים האמיתיים אינו אידיאלי.
מהו חוק הגז האידיאלי
חוק הגז האידיאלי מציין את מצבו של גז אידיאלי והוא מוסבר במשוואה כדלקמן.
PV=nRT
P – לחץ של הגז האידיאלי
V – נפח הגז האידיאלי
n – מספר שומות של הגז האידיאלי (כמות החומר)
T – טמפרטורה
המונח R כאן הוא קבוע הגז האוניברסלי. ניתן לחשב את הערך של R על ידי התחשבות בטמפרטורה ובלחץ הסטנדרטיים שהם 00C ולחץ של 1atm. זה נותן ערך עבור קבוע הגז האוניברסלי כ-0.082057 L/(K.mol).
מהו קבוע גז אופייני?
כאשר מיישמים את משוואת הגז האידיאלית עבור גזים רגילים, המשוואה שלעיל דורשת שינוי מכיוון שאף אחד מהגזים האמיתיים אינו מתנהג כגז אידיאלי. לפיכך, נעשה שימוש בקבוע גז אופייני במקום קבוע גז אוניברסלי. ניתן לרשום את המאפיינים של גזים אמיתיים השונים מגז אידיאלי להלן.
- גזים אמיתיים מורכבים ממולקולות גדולות שניתן להבחין בהן בהשוואה לגזים אידיאליים.
- מולקולות הגז האלה נושאות נפח מסוים.
- ישנם כוחות ואן דר ואל חלשים בין מולקולות הגז.
- התנגשויות אינן אלסטיות לחלוטין.
לכן, לא ניתן להחיל את חוק הגז האידיאלי ישירות על גז אמיתי. לפיכך, נעשה שינוי פשוט; קבוע הגז האוניברסלי מחולק במסה המולרית של הגז לפני הפעלתו במשוואה. ניתן להציג אותו כדלקמן.
Rspecific=R/M
Rספציפי –קבוע גז אופייני
R – קבוע גז אוניברסלי
M – מסה מולרית של הגז
ניתן להשתמש בזה אפילו עבור תערובת של גזים. לאחר מכן, יש לחלק את קבוע R במסה המולרית של תערובת הגזים. קבוע גז אופייני זה ידוע גם בתור קבוע הגז הספציפי מכיוון שערכו תלוי בגז או בתערובת הגזים.
איור 01: גז אידיאלי מול גז אמיתי
מה ההבדל בין קבוע גז אוניברסלי לבין קבוע גז אופייני?
קונסטנט גז אוניברסלי לעומת קבוע גז מאפיין |
|
| קבוע גז אוניברסלי מוחל רק עבור גז אידיאלי. | קבוע גז מאפיין מוחל עבור גז אמיתי. |
| חישוב | |
| קבוע גז אוניברסלי מחושב באמצעות ערכי טמפרטורה ולחץ סטנדרטיים (STP). | קבוע גז אופייני מחושב עם ערכי STP יחד עם המסה המולרית של הגז האמיתי. |
| הקשר עם הגז | |
| קבוע הגז האוניברסלי אינו תלוי בגז שנלקח. | קבוע הגז המאפיין תלוי בגז. |
| Value | |
| הערך של קבוע גז אוניברסלי הוא 0.082057 L/(K.mol). | הערך עבור קבוע גז אופייני יהיה תמיד תלוי בגז. |
סיכום – קבוע גז אוניברסלי לעומת קבוע גז אופייני
גז אידיאלי הוא גז היפותטי אשר מניחים שיש לו תכונות שונות מאוד מגז אמיתי. חוק הגז האידיאלי נוצר כדי להסביר את ההתנהגות של גז אידיאלי. עם זאת, בשימוש בקבוע זה על גזים אמיתיים, יש לשנות אותו על ידי החלת קבוע גז אופייני שאינו קבוע גז אוניברסלי. הסיבה לכך היא שאף אחד מהגזים האמיתיים אינו מתנהג כגז אידיאלי. ההבדל העיקרי בין קבוע גז אוניברסלי לקבוע גז אופייני הוא שקבוע גז אוניברסלי ישים רק עבור גזים אידיאליים ואילו קבוע גז אופייני ישים עבור גזים אמיתיים.
הורד גרסת PDF של קבוע גז אוניברסלי לעומת קבוע גז מאפיין
ניתן להוריד את גרסת ה-PDF של מאמר זה ולהשתמש בה למטרות לא מקוונות לפי הערות ציטוט. אנא הורד את גרסת PDF כאן ההבדל בין קבוע גז אוניברסלי וקבוע גז אופייני.
