氣體
從宏觀上來區(qū)分物質(zhì)的聚集狀態(tài),通常有氣態(tài)液態(tài)和固態(tài)。
這三種聚集狀態(tài)各有其特點絮供,并可以在一定條件下相互轉(zhuǎn)化子巾。與液體帆赢、周體相比,氣體是物質(zhì)的一種較簡單的聚集狀態(tài)线梗。
氣體的基本物理特性
擴散性
可壓縮性
主要表現(xiàn)在:
氣體沒有固定的體積和形狀椰于。當將定量的氣體引入一 密閉容器中時,氣體擴散并均勻地充滿容器的整個空間仪搔。氣體只能具有與容器相同的形狀和體積(容器的容積)瘾婿。
氣體是最易被壓縮的一種聚集狀態(tài)。擴散是氣體本身能自動進行的過程,壓縮是擴散的相反過程,必須依靠外界作用才能進行。
不同種的氣體能以任意比例相互均勻地混合憋他。這是氣體能自動擴散的必然結(jié)果孩饼。
氣體的密度比液體和固體的密度小很多髓削。
理想氣體狀態(tài)方程式
在比較溫和的條件(如常壓和室溫)下探求氣體體積的變化規(guī)律,將觀察和實驗結(jié)果歸納竹挡。合考慮p,V, T,n之間的定量關(guān)系,得出
pV = nRT
嚴格地說,該方程式只適用于理想氣體立膛,被稱為理想氣體狀態(tài)方程式揪罕。
理想氣體是認定氣體分子本身沒有體積、分子間也沒有相互作用的假想情況宝泵。
真實氣體好啰,只有在低壓高溫下,分子間作用力比較小儿奶,分子間平均距離比較大,分子自身的體積與氣體體積相比框往,完全微不足道,才能把它近似地看成理想氣體闯捎。
確定式中的通用氣體常數(shù)R,又稱為摩爾氣體常數(shù)椰弊,R = 8.314J. K-'. mol'。標準狀況下瓤鼻,T= 273.15 K,p = 101325 Pa,n = 1 mol秉版。
氣體混合物
當幾種不同的氣體在同一容器中混合時,相互間不發(fā)生化學反應(yīng)茬祷,分子本身的體積和它們相互間的作用力都可以略而不計清焕,這就是理想氣體混合物。
分壓定律
混合前后祭犯,各組分氣體的溫度和體積保持不變秸妥,混合氣體中每一組分氣體都能均勻地充滿整個容器的空間,又互不干擾如同單獨存在于容器中一樣沃粗。
任一組分氣體分子對器壁碰撞所產(chǎn)生的壓力不因其他組分氣體的存在而有所改變粥惧,與它獨占整個容器時所產(chǎn)生的壓力相同∨忝浚混合氣體中組分氣體所施加的壓力叫做該組分氣體的分壓影晓。
對于理想氣體來說,某組分氣體的分壓力等于在相同溫度下該組分氣體單獨占有與混合氣體相同體積時所產(chǎn)生的壓力檩禾。
混合氣體的總壓等于混合氣體中各組分氣體的分壓之和挂签。
分體積定律
在混合氣體的有關(guān)計算中,常涉及到體積分數(shù)問題盼产。這就有必要討論分體積定律饵婆。
混合氣體中組分B的分體積V是該組分單獨存在并具有與混合氣體相同猛度和壓力時占有的體積。
實驗結(jié)果表明:混合氣體體積等于各組分的分體積之和戏售。這一規(guī)律叫做分體積定律侨核。即
V= V1+ V2+……
氣體分子運動論的基本要點
①氣體是由分子組成的草穆,分子是很小的粒子,彼此間的距離比分子的直徑大許多搓译,分子體積與氣體體積相比可以略而不計悲柱。
②氣體分子以不同的速度在各個方向上處于永恒地無規(guī)則運動之中。
③除了在相互碰撞時些己,氣體分子間相工作用是很弱的豌鸡,甚至是可以忽略的。
④氣體分子相互碰撞或?qū)ζ鞅诘呐鲎捕际菑椥詸M撞段标。碰撞時總動能保持不變涯冠,沒有能量損失。
⑤分子的平均動能與熱力學溫度成正比逼庞。
真實氣體
理想氣體狀態(tài)方程只有在較高的溫度下才適合于真實氣體蛇更。對某些真實氣體(如He,H2,O2,N2等)來說,在常溫常壓下才適合于pV=nRT這一關(guān)系赛糟,而對另一些氣體(如CO2,H2O(g)等)將產(chǎn)生1%~2%的偏差派任,甚至更大。壓力增大虑灰,偏差也增大吨瞎。
探究產(chǎn)生偏差的主要原因有:
①氣體分子體積的影響:按照氣體分子運動論的基本要點之一,分子本身的體積與氣體體積相比較穆咐,前者可以略面不計颤诀。在充有氣體的容器中,當壓力升高時对湃,自由空間減小崖叫,氣體體積變小,由于忽略分子體積所產(chǎn)生的誤差就要顯現(xiàn)出來拍柒。特別是對于那些組成較復(fù)雜的摩爾質(zhì)量較大的分子來說心傀、它們本身的體積要比簡單分子大,由此產(chǎn)生的偏差也會較大拆讯。
②分子間的相互作用(分子間力)的影響:氣體分子運動論認定脂男、除了在碰撞時,分子間沒有相互吸引或排斥种呐。實際上宰翅,當氣體的密度變大時(體積縮小、壓力增大)爽室,分子間靠得較近汁讼,分子間力變得足夠強,減到了分子對器壁的碰撞、相應(yīng)產(chǎn)生的壓力變小嘿架。不同種氣體瓶珊,其分子同作用力不同,由于分子間力的影響而偏離理想氣體的程度有所不同耸彪。
真實氣體狀態(tài)方程
物質(zhì)的量為1時,(p+a/V^2)(V-b)=RT
物質(zhì)的量為n時,[p+a(n/V)^2](V-nb)=nRT
壓力修正項:真是氣體分子之間是有引力的,當分子處于系統(tǒng)內(nèi)部時,分子與周圍分子的作用力對稱,可以相互抵消,其合力為零.但當分子靠近器壁時,周圍分子分布不對稱,撞向器壁分子的后面會受其他分子的一種拉力,使分子的動量減少,從而使器壁承受的壓力也減小.這種作用力稱為內(nèi)壓力,內(nèi)壓力的大小與單位體積中的分子數(shù)成正比,用a/V^2表示內(nèi)壓力,因而壓力項被校正為(p+a/V^2).
體積修正項:真實氣體分子自身是有體積的,所以將氣體的體積修正為(V-b)