UnitConv

مختبر الغاز المثالي

جزيئات ترتد وفيزياء حقيقية: ينشأ الضغط من تصادمات الجدران بينما يتحقق P·V = n·R·T مباشرةً.

هذه ديناميكا جزيئية حقيقية — لا ضغط مصطنع. تطير الجزيئات وترتد ارتدادًا مرنًا عن الجدران، ويُقاس الضغط من الدفع الذي تنقله إلى الجدران (وهو يطابق القيمة النظرية N·k_B·T/A). سخّن الغاز لتسريع الجزيئات، واسحب المكبس لتغيير الحجم، وأضف جزيئات، وراقب كيف يبقى P·V = n·R·T متوازنًا عند R = 8.314 J/(mol·K).

جسيمات: 120 · درجة الحرارة: 300 K
⇄ الحجم
قانون الغاز المثالي · PV = nRT
P·V=92 kPa×27.0 L=2494 J
≈n·R·T=1.00 mol×8.314×300 K=2494 J
ثابت الغاز: R = 8.314 J/(mol·K)
إعدادات مسبقة

درجة حرارة الغرفة

نقطة انطلاق هادئة قرب 300 K في صندوق متوسط الحجم. يرتد نحو 1 مول من الجسيمات لترى كيف يبقى P·V = n·R·T ثابتًا.

القراءات

درجة الحرارة300 K27 °C
الحجم27.0 LA = 54.0 m²
كمية المادة1.00 molN = 120 جسيمات
الضغط المقيس…
0.0 kPaالنظرية (PV=nRT): 92.4 kPa
متوسط السرعة0.00 m/s½m⟨v²⟩ ∝ T

الصيغ والمصادر

P·V = n·R·T (R = 8.314 J/mol·K)

P from wall-collision impulse (measured)

½m⟨v²⟩ ∝ T (kinetic theory)

Boyle P∝1/V · Charles V∝T · Gay-Lussac P∝T

الوحدات والثوابت خلف هذا الغاز

المعادلة ‎pV = nRT‎ تحمل أربع وحدات دفعة واحدة — الباسكال واللتر والكلفن والمول. ومنذ 2019 لم يعد ثابت الغازات ‎R‎ يُقاس أصلًا: فهو حاصل ضرب رقمين يثبّتهما النظام الدولي بالتعريف.

ما الذي تغيّره

من أين يأتي ‎R‎

  • R = 8.314462618 J mol⁻¹ K⁻¹
    ثابت الغازات المولي · مضبوط، لأن ‎R = N_A · k_B‎ وكلاهما مثبَّت بالتعريف
  • N_A = 6.02214076 × 10²³ mol⁻¹
    ثابت أفوغادرو · يعرّف المول — فالمول هو هذا العدد من الجسيمات بالضبط
  • k_B = 1.380649 × 10⁻²³ J K⁻¹
    ثابت بولتزمان · يعرّف الكلفن — إذ يحوّل درجة الحرارة إلى طاقة لكل جسيم

الحجم الذي يشغله مول واحد من أي غاز مثالي

الحالةدرجة الحرارةالضغطالحجم المولي
المرجع الحالي للاتحاد الدولي ‎(IUPAC)‎273.15 K100 kPa22.711 L/mol
‎1 atm‎ — الظروف القياسية في المنهج273.15 K101.325 kPa22.414 L/mol
درجة حرارة الغرفة ‎(25 °C)‎298.15 K101.325 kPa24.465 L/mol
ماء يغلي ‎(100 °C)‎373.15 K101.325 kPa30.620 L/mol

يُحسب لحظيًا من ‎V/n = R·T/p‎ بقيمة ثابت الغازات المولي المضبوطة من صفحة الثوابت لدينا. والجواب لا يتعلق بنوع الغاز — وهذا بالضبط معنى «مثالي». والصف الثاني، ‎22.414 L/mol‎، هو الرقم ‎22.4 L/mol‎ الذي يُحفظ في الثانوية عند الظروف القياسية ‎(0 °C‎ وضغط جوي واحد). انتبه: يعتمد الاتحاد الدولي ‎100 kPa‎ منذ 1982، وعندها يصير الحجم ‎22.7 L/mol‎ بفارق نحو ‎1.3 %‎. لا تخلط بينهما.

ثابت الغازات لم يعد رقمًا مقيسًا منذ 2019

ثبّتت مراجعة النظام الدولي عام 2019 ثابت بولتزمان (الذي يعرّف الكلفن) وثابت أفوغادرو (الذي يعرّف المول). وثابت الغازات حاصل ضربهما، ‎R = N_A · k_B‎، فورث انضباطهما — ‎8.314 462 618… J mol⁻¹ K⁻¹‎، بلا أي عدم يقين متبقٍّ للقياس.

انظر الثوابت السبعة التي تعرّف النظام الدولي →

استكشاف