Chemia Definicja stałej gazowej (R)
Równania chemiczne i fizyczne często zawierają "R", które jest symbolem stałej gazowej, molowej stałej gazowej, idealnej stałej gazowej lub uniwersalnej stałej gazowej. Jest to współczynnik proporcjonalności, który odnosi się do skal energii i temperatury w wielu równaniach.
Stała gazowa w chemii
- W chemii stała gazowa występuje pod wieloma nazwami, w tym stała gazowa idealna i stała gazowa uniwersalna.
- Jest ona molowym odpowiednikiem stałej Boltzmanna.
- Wartość stałej gazowej w układzie SI wynosi dokładnie 8,31446261815324 J⋅K-1⋅mol-1. Zazwyczaj wartość dziesiętną zaokrągla się do 8,314.
Stała gazowa jest stałą fizyczną w równaniu dla prawa gazu idealnego:
- PV = nRT
P to ciśnienie, V to objętość, n to liczba moli, a T to temperatura. Przekształcając równanie, można rozwiązać dla R:
R = PV/nT
Stała gazowa występuje również w równaniu Nernsta odnoszącym potencjał redukcyjny półogniwa do standardowego potencjału elektrody:
- E = E0 - (RT/nF)lnQ
E jest potencjałem ogniwa, E0 jest standardowym potencjałem ogniwa, R jest stałą gazową, T jest temperaturą, n jest liczbą moli wymienionych elektronów, F jest stałą Faradaya, a Q jest ilorazem reakcji.
Stała gazowa jest równoważna stałej Boltzmanna, tylko wyrażona jest w jednostkach energii na temperaturę na mol, podczas gdy stała Boltzmanna podawana jest w jednostkach energii na temperaturę na cząsteczkę. Z fizycznego punktu widzenia, stała gazowa jest stałą proporcjonalności, która odnosi skalę energii do skali temperatury dla mola cząsteczek w danej temperaturze.
Jednostki stałej gazowej są różne, w zależności od innych jednostek użytych w równaniu.
Wartość stałej gazowej
Wartość stałej gazowej "R" zależy od jednostek stosowanych dla ciśnienia, objętości i temperatury. Przed rokiem 2019 były to wspólne wartości dla stałej gazowej.
- R = 0,0821 litra-atm/mol-K
- R = 8,3145 J/mol-K
- R = 8,2057m3-atm/mol-K
- R = 62,3637 L-Torr/mol-K lub L-mmHg/mol-K
W 2019 roku na nowo zdefiniowano jednostki podstawowe układu SI. Zarówno liczba Avogadro'a jak i stała Boltzmanna otrzymały dokładne wartości liczbowe. W konsekwencji stała gazowa również ma teraz dokładną wartość: 8,31446261815324 J⋅K-1⋅mol-1
.Ze względu na stosunkowo niedawną zmianę definicji, należy zachować ostrożność przy porównywaniu obliczeń sprzed 2019 roku, ponieważ wartości dla R są nieco inne przed i po redefinicji.
Dlaczego R jest używane dla stałej gazowej
Niektórzy przypuszczają, że symbol R jest używany dla stałej gazowej na cześć francuskiego chemika Henri Victora Regnaulta, który przeprowadził eksperymenty, które jako pierwsze posłużyły do wyznaczenia tej stałej. Nie jest jednak jasne, czy jego nazwisko jest prawdziwym źródłem pochodzenia konwencji używanej do oznaczania tej stałej.
Stała gazowa
Powiązanym czynnikiem jest stała gazowa właściwa lub stała gazowa indywidualna. Może być ona oznaczana jako R lub Rgas. Jest to uniwersalna stała gazowa podzielona przez masę molową (M) czystego gazu lub mieszaniny. Stała ta jest specyficzna dla danego gazu lub mieszaniny (stąd jej nazwa), podczas gdy uniwersalna stała gazowa jest taka sama dla gazu idealnego.
R w standardowej atmosferze USA
Rząd Stanów Zjednoczonych używa określonej wartości R, oznaczonej jako R*, w swojej definicji Atmosfery Standardowej Stanów Zjednoczonych. Agencje używające R* to między innymi NASA, NOAA i USAF. Z definicji, R* wynosi dokładnie 8,31432×103 N⋅m⋅kmol-1⋅K-1 lub 8,31432 J⋅K-1⋅mol-1.
Chociaż ta wartość stałej gazowej jest niezgodna ze stałą Boltzmanna i stałą Avogadro, rozbieżność nie jest ogromna. Odbiega ona nieco od wartości R wg ISO dla obliczania ciśnienia w funkcji wysokości.
Źródła
- Jensen, William B. (lipiec 2003). "Uniwersalna stała gazowa R". J. Chem. Educ. 80 (7): 731. doi:10.1021/ed080p731.
- Mendeleev, Dmitri I. (12 września 1874). "An exert from the Proceedings of the Chemical Society's Meeting on Sept. 12, 1874". Journal of Russian Chemical-Physical Society, Chemical Part. VI (7): 208-209.
- Mendelejew, Dymitr I. (22 marca 1877 r.). "Badania Mendelejewa nad prawem Mariotte'a 1". Nature. 15 (388): 498-500. doi:10.1038/015498a0.
- Moran, Michael J.; Shapiro, Howard N. (2000) Fundamentals of Engineering Thermodynamics (4th ed.). Wiley. ISBN 978-0471317135.
- NOAA, NASA, USAF (1976). Atmosfera standardowa Stanów Zjednoczonych. U.S. Government Printing Office, Washington, D.C. NOAA-S/T 76-1562. Część 1, str. 3
