Focus 1: Properties of Gases

Question 1

Wat is een ideaal gas?

Answer 1

Een ideaal gas is een hypothetisch gas dat precies aan de algemene gaswet voldoet voor alle temperaturen. Een ideaal gas bestaat uit atomen die een te verwaarlozen ruimte innemen en waartussen te verwaarlozen krachten bestaan, behalve bij botsingen.

Question 2

wat is een toestandsvergelijking?

Answer 2

vgl van de vorm p = f (n, V, T). We kunnen de toestand beschrijven a.h.v. 4 eigenschappen (Druk p, Volume V, Temperatuur T, hoeveelheid stof n )

Question 3

Wat is de ideale gaswet?

Answer 3

p * V = n * R * T

met R de gasconstante (gelijk aan 8.31 * J/K*mol)

Question 4

Bespreek de geldigheid van deze gaswet.

Answer 4

Wanneer de druk 0 nadert geld dit voor alle gassen, naarmate de druk hoger wordt zullen minder en minder gassen hieraan voldoen.

Question 5

Waar komt de ideale gaswet vandaan?

Answer 5

Boyle’s wet, Charles’ wet, Avogadro’s wet

Question 6

Wat is Boyle’s wet?

Answer 6

Bij constante temperatuur is de druk van een bepaalde hoeveelheid gas omgekeerd evenredig met het volume (hogere druk kleiner volume)

Question 7

Wat is Charles’ wet?

Answer 7

Bij constante druk is het volume van een bepaalde hoeveelheid gas recht evenredig met de temperatuur (Hogere T Groter V)

Question 8

Wat is Avogadro’s wet?

Answer 8

Bij een gegeven temperatuur en druk: gelijke volumes zullen een gelijk aantal moleculen hebben

Question 9

Wat is het molair volume en hoe kunnen we dit toepassen op de ideale gaswet?

Answer 9

V_m = V/n = R*T/p

Question 10

Wat zijn partieeldrukken?

Answer 10

De druk die elk gas van een mengsel bij temperatuur T zou uitoefenen op de container waar het in zit als ze zich alleen in de container zouden bevinden bij dezelfde temperatuur.

Question 11

Wat is de wet van Dalton?

Answer 11

De totale druk in een container door een mengsel van gassen is de som van de partieeldrukken.

Question 12

welke 3 aannames moeten worden gemaakt voor de KMT?

Answer 12

1. Bestaat uit moleculen die willekeurig en non-stop door elkaar bewegen.
2. Hun molecuulgrootte is verwaarloosbaar
3. De moleculen interageren niet met elkaar, ze doen enkel aan elastische botsingen.

Question 13

Hoe kunnen we de druk van een gas voorstellen in de KMT?

Answer 13

p = nMv²_rms / 3V

Question 14

Wat is v_rms in p = nMv²_rms / 3V?

Answer 14

Root mean square van de snelheid van moleculen: sqrt(SUM(v²_i)/N)

Question 15

Hoe kunnen we de RMS en gemiddelde snelheid van moleculen in een ideaal gas bepalen?

Answer 15

v_mean = sqrt(8RT/PiM); v_rms = sqrt(3R*T/M)

Question 16

Wat is de Maxwell-Boltzmann snelheidsdistributie?

Answer 16

Omdat niet alle moleculen met dezelfde snelheid bewegen gebruikt men de kans P dat de molecule in een hoeveelheid gas een snelheid hebben die in een bepaald bereik ligt op eender welk ogenblik.
P(v, v+Delta_v) = 4Pi(M/2PiR*T)^(3/2) * v^2 *
e^-[(Mv^2)/(RT)]

Question 17

Wat is effusie?

Answer 17

Het ontsnappen van gas door een klein gaatje.

Question 18

Wat is diffusie?

Answer 18

Het spontaan (automatisch) mengen van fluïda zonder hierbij mechanisch te hoeven mixen.

Question 19

Wat is Graham’s effusiewet?

Answer 19

Bij een gegeven P en T is de effusiesnelheid omgekeerd evenredig met de wortel van zijn molaire massa Rate – 1/sqrt(MM)

Question 20

Hoe werkt Uraniumverrijking?

Answer 20

Omdat de molaire massa van de isotopen verschilt kan men UF6^235 en UF6^238 doorheen een poreuze buis laten gaan en aangezien de rate omgekeerd is met (wortel van) de molaire massa, die lager is voor U^235, zal dit sneller effusie ondergaan en kan men het verrijkt gas opvangen en gebruiken. Er komen nog wel moleculen van U238-isotoop mee maar dat is niet erg want er is maar 2-5% U235 nodig.

Question 21

Waarom gebruiken we Uraniumverrijking?

Answer 21

Natuurlijk Uranium bevat 0.72% radioactief isotoop U235, nucleaire reactoren hebben 2-5% nodig.

Question 22

Wat is de “mean free path”

Answer 22

De gemiddelde afstand die een molecule aflegt tussen botsingen. (lambda)

Question 23

Beschrijf de mean free path voor Liquids en Solids

Answer 23

Lambda_liq < d_molecule (diameter); Lambda_sol&raquo_space;> d_molecule

Question 24

Hoe bepalen we de mean free path?

Answer 24

Lambda = (average distance travelled: v_mean * delta_t) / (collision frequency: z)
of
Lambda = kT/(sqrt(2)Pi*d^2 * p)

Question 25

Wat is de collision tube?

Answer 25

Een denkbeeldige buis met als STRAAL de DIAMETER van het molecule (dus diameter van buis is 2d) en de gemiddelde afstand afgelegd tot botsing (v_mean * delta_t). Het volume hiervan is :
Pi*d^2 * v_mean * delta_t

Question 26

Hoe houden we er rekening mee dat dat beide moleculen die een botsing ondergaan bewegen?

Answer 26

We gebruiken v_mean_relative:
= sqrt(8RT/0,5PiM) = sqrt(2) * v_mean
want v_mean = sqrt(8RT/PiM)

Question 27

wat is de botsingsfrequentie?

Answer 27

( 2pPid^2 / kT ) * sqrt ( 8RT/Pi*M )

Question 28

Wat is de kritieke temperatuur?

Answer 28

De temperatuur T_c waarop een een gas niet meer kan condenseren tot een vloeistof ongeacht de druk die wordt uitgoefend. Er is ook een kritische druk P_c en een bijhorend kritisch volume V_c.

Question 29

Wat gebeurt er als we een gas samendrukken boven het kritisch punt?

Answer 29

Dan ontstaat er een superkritieke vloeistof: Deze heeft eigenschappen van een vloeistof maar er is geen oppervlak zichtbaar dat vloeistof onderscheidt van een gas, dus ook eigenschappen van een gas.

Question 30

Wat is de samendrukbaarheidsfactor?

Answer 30

De verhouding van het actuele (experimenteel bepaalde) molair volume en het theoretische molair volume (van het ideale gas, dus mbv de ideale gaswet):
Z = V_m_exp/V_m_ideaalgas
Z = P * V_m_exp / R * T

Question 31

Interpreteer samendrukbaarheidsfactor: =1; <1; >1

Answer 31

Z = 1: ideaal gas
Z < 1: reëel gas waarin aantrekkingskrachten dominant zijn
Z > 1: reëel gas waarin afstotingskrachten dominant zijn

Question 32

Wat is de toestands-viriaalvergelijking?

Answer 32

p = (RT/V_m) * (1 + B/V_m + C/V²_m + …)
Of
p = (nRT/V) * (1 + n²B/V + n²C/V² + …)
B, C, etc zijn de viriaalcoefficienten

Question 33

Wat is de Van der Waals toestandsvergelijking?

Answer 33

p = [ (nRT) / (V-nb)] - a * (n² / V²)

Question 34

Hoe is de Van der Waals vergelijking afgeleid?

Answer 34

Uit 2 ideeën:
- De afstotingskrachten verminderen het volume waarin de moleculen kunnen bewegen met n keer het volume met straal 2r rond een molecule met straal r.
V - nb
Dit maakt p = nRT / (V - nb)
- De aantrekkingskrachten verminderen de frequentie en kracht van de botsingen. Dit zorgt voor een verlaging in druk:
a*(n² / V²)
Dit maakt p = [ (nRT) / (V-nb)] - a * (n² / V²)

Question 35

Is de Van der Waals equation of state de enige om een reeel gas te benaderen?

Answer 35

Neen, viriaalvergelijking doet dit ook, alsook nog andere vergelijkingen maar die vallen buiten deze cursus

Question 36

Wat is het verschil tussen extensieve en intensieve eigenschappen?

Answer 36

extensieve eigenschap: Als je het sample in x delen verdeelt, dan veranderen de waarden voor een bepaalde eigenschappen zodat de som van alle x delen gelijk is aan de originele waarde.
Indien de waarde hetzelfde blijft als de originele waarde voor alle x delen spreken we van een intensieve eigenschap

Question 37

Waarom wordt de Maxwell equation of speed gebruikt?

Answer 37

Omdat niet op elk moment alle moleculen dezelfde snelheid hebben.

Question 38

Wat is de time of flight?

Answer 38

1/Z met z de botsingsfrequentie. Het is de gemiddelde tijd die een molecule spendeert tussen botsingen.