Les lois des gaz sont un ensemble de lois physico-chimiques qui décrivent le comportement des gaz lorsqu'ils sont dans un système fermé.
Ces lois ont été développées à la fin du XVIIIe siècle et relient mathématiquement la pression, la température et le volume pour un gaz donné.
L'équation d'état d'un gaz parfait est dérivée de la théorie cinétique des gaz qui explique le comportement des particules d'un gaz ( atomes et molécules). Les particules en mouvement (énergie cinétique) entrent en collision les unes avec les autres et avec les parois du conteneur, influençant la pression, la température et le volume.
Les lois les plus importantes sur les gaz sont :
1. Loi des gaz parfaits
La loi des gaz parfaits est l'une des lois des gaz et représente l'équation d'état d'un gaz parfait. C'est une bonne approximation du comportement de certains gaz dans certaines conditions, bien qu'elle présente certaines limites.
La loi des gaz parfaits peut être exprimée par l'équation suivante :
P V = n R T
Où,
P est la pression.
V est le volume.
n est la quantité de substance ou le nombre de moles.
R est une constante qui dépend du gaz.
T est la température.
2. La loi de Boyle-Mariotte
La loi de Boyle-Mariotte stipule qu'à température constante, le volume d'un gaz est inversement proportionnel à l'augmentation de la pression.
Cette loi décrit la relation pression-volume d'un gaz dans un processus isotherme, c'est-à-dire sans variation de température. Du point de vue de la physique moderne, la loi est une conséquence de l'équation de Clapeyron-Mendeleev.
Robert Boyle établit expérimentalement cette loi en 1662. Edm Mariotte, à son tour, la redécouvrit tout seul en 1676.
3. Loi Gay-Lussac
La loi de Gay-Lussac stipule qu'à volume constant, la pression d'une masse donnée de gaz est directement proportionnelle à sa température absolue. C'est-à-dire que lorsque la température augmente, la pression augmente si le volume reste constant.
P/T = constante
La loi de Gay-Lussac est aussi appelée loi de transformation isochore car elle s'effectue à volume constant. Il a été découvert par le physicien français Jacques Charles en 1787 mais a été énoncé pour la première fois par Louis Joseph Gay-Lussac en 1802.
Jacques Charles a démontré que lorsqu'un gaz subit une transformation isochore, la relation entre sa pression et sa température reste constante.
L'explication moléculaire de la loi de Charles est qu'en élevant la température d'une quantité de gaz, la vitesse moyenne de ses molécules augmente. Les molécules frappent plus fréquemment les parois du récipient et ont un impact plus fort, augmentant ainsi la pression exercée par les molécules de gaz sur elles.
Sur ce site nous utiliserons le nom de loi de Gay-Lussac pour désigner la relation entre la pression et la température à volume constant et la loi de Charles pour la relation entre le volume et la température à pression constante.
4. La loi Charles
La loi de Charles stipule que si la pression et la quantité d'un gaz sont inchangées, la relation entre le volume et la température reste constante et elles sont directement proportionnelles l'une à l'autre.
V / T = constante
Parfois, le nom Gay-Lussac est également utilisé pour faire référence à la loi de Charles qui relie la température et la pression d'un gaz à pression constante. En réalité, Louis Joseph Gay-Lussac a annoncé la loi de Charles en 1802, alors que Jacques Charles l'avait découverte 15 ans plus tôt, en 1787.
En 1702, Guillaume Amontons avait déjà anticipé cette relation dans les gaz.
5. La loi d'Avogadro
La loi d'Avogadro stipule que les gaz de même volume, température et pression contiennent le même nombre de particules (ou molécules). Ainsi, le nombre de molécules dans un volume spécifique de gaz est indépendant de la taille ou de la masse des molécules de gaz.
Le nombre de molécules dans une mole de substance est le nombre d'Avogadro : environ 6,022 · 10 23 particules / mole.
Par conséquent, les densités des différents gaz sont, dans les mêmes conditions de température et de pression, proportionnelles à leurs masses moléculaires.
Cette loi porte le nom d'Amedeo Avogadro, qui l'a levée en 1811.
