Loi des gaz
Du gaz parfait aux pressions partielles — fiche de révision condensée.
À maîtriser
- les quatre variables d'état et leurs unités ;
- les trois lois historiques : Boyle-Mariotte, Charles–Gay-Lussac, Avogadro ;
- l'équation d'état et le bon choix de ;
- masse volumique, masse molaire, densité ;
- le volume molaire aux CNTP ;
- les mélanges gazeux : loi de Dalton, fraction molaire.
1L'état gazeux : les quatre variables
Un gaz occupe tout le volume disponible. Il est décrit par quatre variables d'état : pression , volume , quantité de matière (avec ), température . Un gaz parfait est un gaz idéalisé (molécules ponctuelles, sans interaction, chocs élastiques) ; sauf mention contraire, tous les gaz de cette fiche sont supposés parfaits.
| Unité de pression | Symbole | Équivalence |
|---|---|---|
| pascal | unité SI | |
| bar | ||
| atmosphère | ||
| mmHg |
Volume : , .
Toujours convertir en kelvins avant tout calcul et tout rapport : (jamais ). Un rapport calculé en degrés Celsius est faux.
2Les trois lois historiques
| Loi | Fixé | Varie | Relation |
|---|---|---|---|
| Boyle-Mariotte | |||
| Charles–Gay-Lussac | |||
| Avogadro |
, , .
constant (déduit de ) : c'est ce qui fait monter la pression d'un pneu qui chauffe.
à , .
Des volumes égaux de gaz, dans les mêmes conditions de et , contiennent le même nombre de molécules — quelle que soit la nature du gaz.
3Équation d'état des gaz parfaits pV=nRT
- , : pression et volume, dans des unités cohérentes avec ;
- : quantité de matière () ; : température absolue, toujours en .
| Valeur de | en | en | en |
|---|---|---|---|
Ne jamais panacher (,) avec une pression en pascals : choisir une ligne du tableau et s'y tenir.
Réarrangements utiles :
Conditions normales de température et de pression : , ().
de aux CNTP .
4Masse volumique, masse molaire, densité
- : masse volumique () ; : masse molaire () ; : masse ().
Aux CNTP : . À donnés, : un gaz « lourd » (grand ) est plus dense qu'un gaz « léger ».
, avec (air en volume), aux CNTP.
| Gaz | () | Comportement | |
|---|---|---|---|
| 4 | 0,14 | monte (plus léger que l'air) | |
| 28 | 0,97 | air | |
| 44 | 1,53 | descend (plus lourd que l'air) |
5Mélanges gazeux : loi de Dalton
: pression qu'exercerait le gaz s'il occupait seul tout le volume, à la même température.
(sans unité, ).
Pour des gaz parfaits, fraction molaire fraction volumique (conséquence d'Avogadro) : « de en volume » signifie .
, , , : , , , (somme ).
6Synthèse
| Situation | Formule | Conditions |
|---|---|---|
| Cas général | toujours (gaz parfait) | |
| constante | Boyle-Mariotte | |
| constante | Charles–Gay-Lussac | |
| constantes | Avogadro | |
| Nombre de moles | toujours | |
| Aux CNTP | , | |
| Masse volumique | toujours | |
| Masse molaire | toujours | |
| Densité / air | aux CNTP | |
| Pression partielle | mélange (Dalton) | |
| Pression totale | mélange (Dalton) |
- Constante des gaz : .
- CNTP (= TPN = PTN) : , ().
- Volume molaire aux CNTP : .
- Air : (en volume) ; ; (CNTP).
- Conversions : ; ; .
- Température : toujours en kelvins dans et dans les rapports , . Convertir avant tout calcul.
- Cohérence / unités : associer à (, ), ou à (, ). Ne jamais panacher.
- Le volume n'est valable qu'aux CNTP. Hors CNTP, repasser par .
- Fraction molaire fraction volumique pour les gaz parfaits seulement (grâce à Avogadro).
- Pression partielle : c'est la fraction molaire, pas la fraction massique.
- Lister les grandeurs connues et l'inconnue ; repérer ce qui est constant.
- Convertir les unités : température en , pression et volume cohérents avec le choisi.
- Choisir la loi : une variable constante loi historique ; sinon ; mélange Dalton.
- Isoler littéralement l'inconnue avant l'application numérique.
- Calculer, puis vérifier l'ordre de grandeur et l'homogénéité (les unités doivent se simplifier correctement).
Fin de la fiche de révision 7 — Loi des gaz.