AINEEN OLOMUODOT,
KAASUT
Tunnin sisältö
1. Olomuodot
•  Olomuotojen esittely
•  Olomuotoihin vaikuttavat tekijät
•  Höyrynpaine ja kiehuminen
•  Esimerkki
Olomuodot
•  Kuumimmasta viileimpään:
•  PLASMA (elektronit + ionit)
•  KAASU
•  NESTE
•  KIINTEÄ
Olomuotoon vaikuttavat tekijät:
molekyylien väliset sidokset
•  Mitä voimakkaampia aineen molekyylien
väliset sidokset ovat, sitä tiukemmin
molekyylit pysyvät kiinni toisissaan
•  Vrt. esim. vesi H2O ja metaani CH4
•  Vetysidokset tai muut heikot
vuorovaikutukset
•  Suuret molekyylit
•  Massan vaikutus
Olomuotoon vaikuttavat tekijät:
lämpötila
•  Lämpöenergia on atomien ja molekyylien
kineettistä energiaa (pyörimis- ja
värähtelyenergiaa).
•  Liiketilojen muuttuessa tapahtuu
infrapunasäteilyn emittoitumista ja
absorboitumista.
•  Mitä suurempi lämpötila, sitä suurempi liikeenergia aineen osasilla on.
•  Muutokset lämpötilassa aiheuttavat
muutoksia olomuodossa
•  Kullakin aineella on sille ominaiset
sulamislämpötilat kiehumispisteet,
sekä muut höyrystymisominaisuudet.
•  Kiinteä + Energiaa à neste
•  Neste + Energiaa à kaasu
•  Sama toisinpäin:
Kaasu - energia à neste jne.
Olomuotoon vaikuttavat tekijät:
Paine
•  Kovassa paineessa sulamis- ja
kiehumislämpötilat kasvavat. Miksi? à
Nestemäiset ja kiinteät olomuodot
vallitsevia.
– Esim. nestekaasu
•  Poikkeuskin on! Vesi laajenee
jähmettyessään kiinteään olomuotoonsa à
Erittäin korkeassa paineessa veden
sulamispiste alenee, koska se ei pääse
laajenemaan.
Esimerkki
•  Olet mount everestin huipulla. Ulkoinen
ilmanpaine on 0,33 atm. Kuumennat
vettä 72 C lämpötilaan. Kyseisessä
lämpötilassa kylläisen vesihöyryn paine
on 0,34 atm
•  Kiehuuko vesi?
Haihtuminen vs. kiehuminen
•  Eri tapoja höyrystyä kaasuksi!
•  Haihtuminen: osa molekyyleistä
saavuttaa aina niin suuren liikeenergian molekyylejä irtoaa
nesteen pinnalta (lämpötila
kuvaa keskimääräistä liikeenergiaa)
Kiehuminen
•  Kiehumisessa höyrystyminen ei rajoitu
nesteen pinnalle, vaan lämpötila on
kasvanut niin suureksi, että
höyrynpaine ylittää nestettä
ympäröivän kaasun paineen.
•  Kaasukuplia muodostuu myös nesteen
sisälle
•  HUOM! Vesihöyry on näkymätöntä
kaasua. Arkikielen ”höyry” on oikeasti
sumua.
Esimerkki
•  Olet mount everestin huipulla. Ulkoinen
ilmanpaine on 0,33 atm. Kuumennat vettä 72 C
lämpötilaan. Kyseisessä lämpötilassa kylläisen
vesihöyryn paine on 0,34 atm
•  Kiehuuko vesi?
Kyllä. Tunnin sisältö
2.  Kaasut:
•  Yleinen kaasun tilanyhtälö
•  Tilanyhtälön muunnokset
•  Standardiolosuhteet
•  Laskuesimerkkejä
KAASUT
Yleinen kaasun tilanyhtälö
•  Tietty ainemäärä kaasua tietyssä
tilavuudessa (konsentraatiossa) aiheuttaa
aina saman paineen, kaasusta
riippumatta.
•  Pätee ideaalikaasuille, mutta yleensä voimme
tehdä oletuksen kaasun ideaalisuudesta, ellei
toisin mainita.
•  Tämä oletus on laskettaessa kuitenkin
mainittava.
•  Usein tehtävänannossa!
Ideaalikaasu
•  Kaasumaisen olomuodon teoreettinen malli,
jossa oletetaan että kaasumolekyyleillä ei
ole tilavuutta ja että ne vuorovaikuttavat
keskenään vain elastisilla törmäyksillä.
pV=nRT
•  p= kaasun paine (Pa)
•  V= Kaasun tilavuus (m3)
•  T= Lämpötila kelvineinä (K)
•  R= Moolinen kaasuvakio 8,31 J / (mol
x K) tai 0,083145 (bar x dm3) / (mol x
K)
•  n= Kaasun ainemäärä (mol)
Tarkasteltaessa ideaalikaasun
samaa ainemäärää pätee
pV
p1V1 p 2 V2
→
=
= vakio
•  pV=nRT à nR =
T
T1
T2
•  Isoterminen: p1V1 = p2V2
(Boylen laki)
•  Isokoorinen:
p1 p2
=
T1 T2
(Gay-Lussacin laki)
•  Isobaarinen:
V1 V2
=
T1
T2
(Charlesin laki)
Standardiolosuhteet NTP
•  Normal Temperature and Pressure
•  p = atm = 101,3 kPa = 1,013 bar
•  T= 273,15 K (= 0°C)
•  Näissä vakio-olosuhteissa voidaan johtaa
vakio Vm (= 22,41 dm3/mol), jota kutsutaan
standardimoolitilavuudeksi.
•  n= V/Vm, jonka avulla voidaan laskea helposti
NTP-olosuihteissa olevian kaasujen
ainemääriä.
VNTP
n=
Vm
ρ NTP =
M
Vm
Tehtävä 1
Elastinen pussi jonka tilavuuskapasiteetti
on 40l, on täytetty ulkona puolilleen
ideaalikaasulla. Pussi suljetaan tiiviisti ja
tuodaan ulkoa (T= 0 °C) sisälle (T= 30 °C).
Kuinka monta litraa pussin sisällä on nyt
kaasua? Jos pussi tulee kaasun
laajentuessa täyteen, mikä on paine
pussin sisällä?
Tehtävä 2
Tilavuudeltaan 0,50 l oleva astia painaa
96,60g, kun se on täytetty argonilla ja
olosuhteet ovat NTP. Argonin tiheys näissä
olosuhteissa on 1,78 kg/m3. Astia imetään
tyhjäksi ja täytetään tuntemattomalla
alkuainekaasulla siten että paine astian
sisällä on 105,9 kPa ja lämpötila on 303 K.
Täytön jälkeen astia painaa 96,38g.
Oletetaan että tuntematon kaasu
käyttäytyy ideaalikaasun tavoin. Millä
aineella astia täytettiin?