Přejít na hlavní obsah

Kolik molekul plynu je v nádobě o objemu 2 l při normálním atmosférickém tlaku?

K vyřešení tohoto problému je třeba vědět, jak je objem a tlak ovlivněn počtem molekul plynu. Fyzika plynných zákonů tvrdí, že počet molekul plynu je úměrný jeho objemu a nepřímo úměrný tlaku.

Při normálním atmosférickém tlaku (1013 HPA) a objemu nádoby 2 l můžeme vypočítat počet molekul plynu pomocí vzorce ideálního plynu: PV = nRT, kde P je tlak, v je objem, n je počet molekul, R je univerzální plynná konstanta, T je teplota.

K vyřešení tohoto problému však potřebujeme znát teplotu plynu, která nebyla uvedena v podmínce. Za předpokladu, že teplota je rovna pokojové teplotě (asi 25°C nebo 298 k), můžeme tyto informace použít k vyřešení problému. Pokud se teplota liší od pokojové, může to ovlivnit výsledek.

Vliv objemu nádoby na počet molekul plynu

Za normálních podmínek (teplota 0 °C a tlak 1 atm) trvá jeden plynový mol přibližně 22,4 litru. Tato hodnota je standardní pro výpočty v chemii. Na základě toho lze vypočítat počet molekul plynu v nádobě při daném objemu a normálním atmosférickém tlaku.

Pokud má nádoba například objem 2 litry, pak se počet molekul plynu v ní rovná přibližně 2/22,4 molům. Pro přesnější výpočty lze použít stavovou rovnici ideálního plynu:

kde P je tlak plynu, v je objem nádoby, n je množství molů plynu, R je univerzální plynná konstanta, T je teplota plynu (v absolutní stupnici, například v Kelvinech).

Změna objemu nádoby při konstantní teplotě a tlaku tedy vede ke změně počtu molekul plynu v nádobě. Zvýšení objemu nádoby vede ke zvýšení počtu molekul a snížení objemu ke snížení počtu molekul.

Tento jev je základem pro vysvětlení jevů, jako je difúze a šíření zápachu vzduchem. Když se objem nádoby zvýší, více molekul plynu se bude moci šířit cévou a pronikat jejími stěnami.

Kolik molekul plynu je v nádobě o objemu 2 l?

K vyřešení tohoto problému je nutné znát množství plynu, jeho objem a číslo Avogadra.

Normální atmosférický tlak je asi 1 atm a objem nádoby je 2 l.

Podle plynového zákona Avogadro obsahuje jeden mol jakéhokoli plynu asi 6,022 × 10^23 molekul.

Vzhledem k tomu, že objem nádoby je známý a roven 2 l, lze použít mariottovu rovnici:

Název symboluHodnota
V2 l
n?
N?
N_A6,022 × 10^23
P1 atm
R0,0821 ATM * l / mol * k
T273,15 K

Vložíme známé hodnoty do rovnice a vyřešíme:

n = (1 atm * 2 l) / (0,0821 ATM * l / mol*k * 273,15 K)

Protože jeden mol plynu obsahuje asi 6,022 × 10^23 molekul, počet molekul plynu v nádobě o objemu 2 l při normálním atmosférickém tlaku je přibližně:

N = 0,082 mol * 6,022 × 10^23 molekul / mol

N ≈ 4,931 × 10^23 molekul

Nádoba o objemu 2 l při normálním atmosférickém tlaku tedy obsahuje asi 4,931 × 10^23 molekul plynu.

Hodnota normálního atmosférického tlaku pro výpočet počtu molekul plynu

Význam znalosti normálního atmosférického tlaku je, že je referenčním bodem při výpočtu počtu molekul plynu. K tomu se používá stavová rovnice ideálního plynu:

  • PV = nRT
    • P-tlak plynu
    • V-objem plynu
    • n-počet molekul plynu
    • R - univerzální plynová konstanta
    • T-teplota plynu

    Při známých hodnotách tlaku, objemu a teploty umožňuje normální atmosférický tlak vypočítat počet molekul plynu podle vzorce:

    Znalost normálního atmosférického tlaku je nezbytná pro přesný výpočet počtu molekul plynu v různých chemických a fyzikálních procesech. Tento důležitý koncept umožňuje nastavit poměr mezi tlakem, objemem, počtem molekul a teplotou plynu.

    Použití ideálního plynného zákona při výpočtu počtu molekul

    Podle ideálního plynného zákona jsou molekuly plynu považovány za body bez objemu a interagují pouze při srážkách. Ideální plynový zákon lze popsat vzorcem:

    • P-tlak plynu
    • V-Objem nádoby
    • n-počet molekul plynu
    • R - univerzální plynová konstanta
    • T-teplota plynu v absolutních jednotkách (Kelviny)

    Pro výpočet počtu molekul plynu obsažených v nádobě při daném objemu a normálním atmosférickém tlaku (101325 Pa) lze použít následující vzorec:

    kde je třeba hodnoty tlaku, objemu a teploty vyjádřit v příslušných měrných jednotkách.

    Pokud je například v nádobě o objemu 2 l při normálním atmosférickém tlaku nutné vypočítat počet molekul plynu následovně:

    1. Převedeme objem nádoby na jednotky m3:

    V = 2 L = 2 * 10^(-3) m3.

    2. Přeměníme normální atmosférický tlak na pa:

    3. Dosazujeme výsledné hodnoty do vzorce ideálního plynného zákona:

    n = (101325 pa * 2 * 10^(-3) m3) / (8,314 J/(mol·k) * T).

    4. Určujeme hodnotu univerzální plynové konstanty podle použitého systému měření:

    R = 8,314 J / (mol·k) (PRO si).

    5. Nastavíme hodnotu teploty plynu v absolutních jednotkách (Kelvinech) a vložíme jej do vzorce.

    Například při teplotě 273 k (0 °C) dostaneme:

    n = (101325 pa * 2 * 10^(-3) m3) / (8,314 J/(mol·k) * 273 k).

    6. Po stanovení hodnot a provedení výpočtů lze získat počet molekul plynu obsažených v nádobě.

    Dokonalý plynový zákon tedy umožňuje dostatečně přesně odhadnout počet molekul plynu za daných podmínek, což je důležité v mnoha vědeckých a technických úkolech.