Splošna plinska konstanta

Splôšna plínska konstánta (označbe $R\,$, $R_{m}\,$ in $R_{M}\,$, redkeje $R_{a}\,$, $R_{u}\,$, $R^{n}$ ali $R^{*}\,$) je v fiziki konstanta, ki nastopa v splošni plinski enačbi (enačbi stanja za idealni plin):

$pV=nRT\!\,,$

pa tudi v drugih enačbah, na primer v enačbi za Nernstov potencial.

Pokaže se, da je $R\,$ enaka za katerikoli idealni plin. Realne pline se lahko približno obravnava kot idealni plin, če so razredčeni.

Številčna vrednost splošne plinske konstante je enaka absolutnemu delu, ki ga je opravil 1 mol idealnega plina pri izobarnem razširjanju, če se je temperatura spremenila za 1 K. Izmerjena in priporočena vrednost splošne plinske konstante je:

$R=8,314\,4598(48)~{\frac {\mathrm {J} }{\mathrm {K} \cdot \mathrm {mol} }}\!\,.$

Številki v okroglih oklepajih pomenita merilno negotovost (standardno deviacijo) na zadnjih dveh mestih vrednosti. Relativna merilna negotovost je 9,1×10⁻⁷. Nekateri so predlagali, da bi se simbol $R\,$ imenoval Regnaultova konstanta v čast francoskega fizika in kemika Henriju Victorju Regnaultu, katerega točni eksperimentalni podatki so služili za izračun zgodnje vrednosti konstante. Točni razlog za izvirno predstavitev konstante s črko $R\,$ pa je dvomljiv.

Včasih splošno plinsko konstanto imenujejo konstanta Mendelejeva po ruskem kemiku Dimitriju Ivanoviču Mendelejevu.

Razmerje med splošno plinsko konstanto in Avogadrovim številom je Boltzmannova konstanta:

$k_{\rm {B}}={\frac {R}{N_{\rm {A}}}}\!\,,$

tako da ima splošna plinska enačba obliko:

$pV=Nk_{\rm {B}}T\!\,$

kjer je $N=nN_{\rm {A}}$ število delcev, $n\,$ pa množina snovi.

Splošna plinska konstanta je molska količina in se je ne sme zamenjevati s (specifično, individualno) plinsko konstanto (tudi večkrat označeno z $R\,$, še posebej v tehniki, in $r$, $R_{s}$, ${\bar {R}}$ ali $R_{\nu }$), ki je različna za vsak plin posebej, ter določena kot razmerje med splošno plinsko konstanto in molsko maso $M\,$:

$r={\frac {R}{M}}\!\,.$

Splošno plinsko konstanto je uvedel leta 1874 Mendelejev. Njen številski pomen je uvidel v Clapeyronovi enačbi za 1 kilomol plina, za katerega velja Avogadrov zakon, in po katerem ima kilomol katerega koli plina $N_{\rm {A}}\,$ molekul. Kilomol katerega koli idealnega plina ima pri enakem tlaku in temperaturi enako prostornino. Pri temperaturi 273,15 K in tlaku 1013,25 mbar je prostornina enaka:

$V_{km}=22,4138\ {\hbox{m}}^{3}\!\,.$

Merjenje

Do leta 2006 so najbolj točno izmerili $R\,$ s hitrostjo zvoka $c_{\rm {a}}(p,T)\,$ v argonu pri temperaturi $T\,$ trojne točke vode (uporabljeno za definicijo kelvina) pri različnih tlakih $p\,$ in z ekstrapolacijo meje pri ničelnem tlaku $c_{\rm {a}}(0,T)\,$. Vrednost $R\,$ se na ta način dobi iz zveze:

$c_{\rm {a}}^{2}(0,T)={\frac {\gamma _{0}RT}{A_{\rm {r}}(\mathrm {Ar} )M_{\rm {u}}}}\!\,,$

kjer je:

• $\gamma _{0}\,$ adiabatni eksponent za idealne pline (5/3 za enoatomne pline kot je argon),
• $T\,$ temperatura, temperatura trojne točke vode $T_{\rm {TTV}}=273,16\,\mathrm {K} \,$ po definiciji kelvina,
• $A_{\rm {r}}(\mathrm {Ar} )\,$ relativna atomska masa argona,
• $M_{\rm {u}}=10^{-3}\,\mathrm {kg} /\mathrm {mol} \,$.

Glej tudi

• specifična toplota

Viri

• Jensen, William B. (Julij 2003), »The Universal Gas Constant R«, J. Chem. Educ., 80 (7): 731, Bibcode:2003JChEd..80..731J, doi:10.1021/ed080p731
• Jensen, William B. (2003b), Ask the Historian: The Universal Gas Constant — Why is it represented by the letter R? (PDF)
• Mohr, Peter J.; Taylor, Barry N.; Newell, David B. (2008), »CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2006«, Rev. Mod. Phys., 80 (2): 633–730, arXiv:0801.0028, Bibcode:2008RvMP...80..633M, doi:10.1103/RevModPhys.80.633