Ideaalikaasu

- Lämpötila on rakenneosasten liikettä -> kaasussa rakenneosaset kaukana toisistaan 

- Kiinteät ja nesteet lähes kokoonpuristumattomia

- Kaasun rakenneosanen on yleensä molekyyli (O₂, H₂ ,...) 

- Mallintamista varten otetaan käyttöön ideaalikaasu (vastaa reaalikaasua parhaiten, kun paine on pieni ja lämpötila korkea)

- Ideaalikaasu 

• Yhdenlaisia rakenneosia 
• Pistemäisiä 
• Ei etävuorovaikutuksia 
• Ei virtauksia tai lämpöliikettä 
• Vain kimmoisia törmäyksiä 
• Liikkuvat vakionopeudella, suoraviivaisesti 

- Kaasun tilan määräävät (kun ainemäärä ei muutu)

• Paine p 
• Lämpötila T 
• Tilavuus V 

- Kaasun normaalitila (NTP = normal temperature and pressure) 

• Tilavuus V_m = 22,41410 dm³ Yksi mooli mitä tahansa kaasua vaatii saman tilavuuden 
• Lämpötila T = 293,15 K (= 20 °C)
• Paine p₀ = 101325 Pa (= 101,325 kPa = 1,01325 bar)

- Ainemäärä n

• Rakenneosasten lukumäärä N 
• Yhdessä moolissa kaasua on 6,0221367·10²³ rakenneosasta = N_A (= 12g C-12 on rakenneosasia) 
• N_A = Avogadron vakio 

n = ainemäärä 

[n] = mol (mooli) 

Huomaa! n = m/M, n = N/N_A, n = V/V_m 

Kuva. Mitä ilmapallolle tapahtuu pakastimessa? (M. Kaunisto)

Kaasujen yleinen tilanyhtälö

- Kaasun tilan määräävät (kun ainemäärä ei muutu)

• Paine, p 
• Lämpötila, T 
• Tilavuus, V 

- Kaasujen yleinen tilanyhtälö 

Tämä suhde pysyy muuttumattomana eli

- Kaasun tilaan vaikuttaa myös ainemäärä n

- Ideaalikaasun tilanyhtälö 

R = moolinen kaasuvakio = 8,314510 J/mol·K = 0,08314510 bar·dm³/mol·K 

- Simulaatio 

Lämpötilan vaikutus kaasuun: https://phet.colorado.edu/fi/simulation/legacy/reversible-reactions 

Kaasujen tilanmuutokset

Tarkastellaan tilanteita, joissa kaksi tilanmuuttujaa muuttuu ja yksi pysyy vakiona. 

• Vakiolämpötila T (isoterminen prosessi) 

Paine p ja tilavuus V muuttuvat 

eli suhde pysyy kuitenkin muuttumattomana 

p₁V₁ = p₂V₂ 

Esimerkkejä 

• Lääkeruisku
• Kuvaajia: V,p ja 1/V,p 

• Vakiotilavuus V (isokoorinen prosessi) 

Paine p ja lämpötila T muuttuvat 

eli suhde pysyy kuitenkin muuttumattomana 

p₁/T₁ = p₂/T₂ 

Esimerkkejä 

• Auton renkaat kesällä ja talvella, suuri lämpötilaero 

• Vakiopaine p (isobaarinen prosessi) 

Lämpötila T ja tilavuus V muuttuvat 

eli suhde pysyy kuitenkin muuttumattomana 

V₁/T₁ = V₂/T₂ 

Esimerkkejä 

• Teepussi 
• Kuumailmapallo 
• Sääkartta 

- Huom: Muista käyttää laskuissa lämpötilan yksikkönä kelviniä!

- Fyysikot

• Robert Boyle (1627-1691) 
• Louis Joseph Gay-Lussac (1778-1850) 
• Jacques Alexandre Charles (1746-1823) 

- Simulaatio 

Tilanmuuttujien vaikutus kaasuun: https://phet.colorado.edu/fi/simulation/legacy/gas-properties