Khí lý tưởng, phương trình trạng thái của khí lý tưởng, nhiệt độ và áp suất, thể tích của nó … danh sách các thông số và định nghĩa được sử dụng trong phần vật lý tương ứng có thể được tiếp tục trong một thời gian khá dài. Hôm nay chúng ta sẽ nói về chủ đề này.
Điều gì được coi là trong vật lý phân tử?
Đối tượng chính được xem xét trong phần này là khí lý tưởng. Phương trình trạng thái khí lý tưởng thu được có tính đến các điều kiện môi trường bình thường, và chúng ta sẽ nói về điều này một chút sau. Bây giờ chúng ta hãy tiếp cận "vấn đề" này từ xa.
Giả sử chúng ta có một số khối lượng khí. Trạng thái của nó có thể được xác định bằng cách sử dụng ba tham số có bản chất nhiệt động lực học. Tất nhiên, đây là áp suất, thể tích và nhiệt độ. Phương trình trạng thái của hệ thống trong trường hợp này sẽ là công thức cho mối quan hệ giữa các tham số tương ứng. Nó trông như thế này: F (p, V, T)=0.
Đây, lần đầu tiên, chúng ta đang dần tiến đến sự xuất hiện của một thứ lý tưởng như vậykhí ga. Nó được gọi là chất khí trong đó tương tác giữa các phân tử là không đáng kể. Nói chung, điều này không tồn tại trong tự nhiên. Tuy nhiên, bất kỳ loại khí hiếm cao nào cũng gần với nó. Nitơ, oxy và không khí, trong điều kiện bình thường, khác với lý tưởng một chút. Để viết phương trình trạng thái của khí lý tưởng, ta có thể sử dụng định luật khí thống nhất. Ta nhận được: pV / T=const.
Khái niệm liên quan1: Định luật Avogadro
Ông ấy có thể nói với chúng ta rằng nếu chúng ta lấy ngẫu nhiên cùng một số mol của một chất khí hoàn toàn và đặt chúng trong cùng một điều kiện, kể cả nhiệt độ và áp suất, thì các chất khí đó sẽ chiếm cùng một thể tích. Đặc biệt, thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện bình thường. Điều này có nghĩa là nhiệt độ là 273,15 Kelvin, áp suất là một bầu khí quyển (760 mm thủy ngân, hay 101325 Pascal). Với các thông số này, khí chiếm thể tích bằng 22,4 lít. Do đó, chúng ta có thể nói rằng đối với một mol khí bất kỳ, tỷ lệ của các thông số số sẽ là một giá trị không đổi. Đó là lý do tại sao người ta quyết định đặt tên con số này bằng chữ R và gọi nó là hằng số khí phổ quát. Như vậy, nó bằng 8,31. Đơn vị là J / molK.
Khí lý tưởng. Phương trình khí lý tưởng về trạng thái và thao tác của nó
Hãy thử viết lại công thức. Để làm điều này, chúng tôi viết nó ở dạng sau: pV=RT. Tiếp theo, chúng ta thực hiện một hành động đơn giản, nhân cả hai vế của phương trình với một số mol tùy ý. Ta được pVu=uRT. Chúng ta hãy tính đến thực tế là tích số mol vàlượng vật chất chỉ đơn giản là khối lượng. Nhưng suy cho cùng, số mol sẽ đồng thời bằng thương của khối lượng và khối lượng mol. Đây chính xác là phương trình Mendeleev-Clapeyron trông như thế nào. Nó cung cấp một ý tưởng rõ ràng về loại hệ thống mà khí lý tưởng tạo thành. Phương trình trạng thái của khí lý tưởng sẽ có dạng: pV=mRT / M.
Suy ra công thức áp suất
Hãy thực hiện thêm một số thao tác với các biểu thức thu được. Để làm điều này, vế phải của phương trình Mendeleev-Clapeyron được nhân và chia cho số Avogadro. Bây giờ chúng ta xem xét kỹ tích số lượng chất bằng số Avogadro. Đây không là gì ngoài tổng số phân tử trong khí. Nhưng đồng thời, tỷ số của hằng số khí phổ với số Avogadro sẽ bằng hằng số Boltzmann. Do đó, công thức về áp suất có thể được viết như sau: p=NkT / V hoặc p=nkT. Ở đây ký hiệu n là nồng độ hạt.
Quy trình khí lý tưởng
Trong vật lý phân tử, có một thứ gọi là quá trình đồng phân. Đây là các quá trình nhiệt động học diễn ra trong hệ thống ở một trong các thông số không đổi. Trong trường hợp này, khối lượng của chất cũng phải không đổi. Hãy xem xét chúng cụ thể hơn. Vì vậy, các định luật của khí lý tưởng.
Áp suất không đổi
Đây là định luật Gay-Lussac. Nó trông như thế này: V / T=const. Nó có thể được viết lại theo cách khác: V=Vo (1 + at). Ở đây a bằng 1 / 273,15 K ^ -1 và được gọi là "hệ số nở thể tích". Chúng ta có thể thay thế nhiệt độ bằng cả độ C vàthang đo Kelvin. Trong trường hợp sau, chúng ta nhận được công thức V=Voat.
Âm lượng không đổi
Đây là định luật thứ hai của Gay-Lussac, thường được gọi là định luật Charles. Nó trông như thế này: p / T=const. Có một công thức khác: p=po (1 + at). Các phép biến đổi có thể được thực hiện theo ví dụ trước. Như bạn có thể thấy, các định luật về khí lý tưởng đôi khi khá giống nhau.
Nhiệt độ không đổi
Nếu nhiệt độ của khí lý tưởng không đổi thì ta có thể nhận được định luật Boyle-Mariotte. Nó có thể được viết như thế này: pV=const.
Khái niệm liên quan2: Áp suất một phần
Giả sử chúng ta có một bình chứa khí. Nó sẽ là một hỗn hợp. Hệ ở trạng thái cân bằng nhiệt, và bản thân các chất khí không phản ứng với nhau. Ở đây N sẽ biểu thị tổng số phân tử. N1, N2 lần lượt là số phân tử trong mỗi thành phần của hỗn hợp. Ta lấy công thức áp suất p=nkT=NkT / V. Nó có thể được mở cho một trường hợp cụ thể. Đối với hỗn hợp hai thành phần, công thức sẽ có dạng: p=(N1 + N2) kT / V. Nhưng sau đó nó chỉ ra rằng tổng áp suất sẽ được tính bằng áp suất riêng phần của mỗi hỗn hợp. Vì vậy, nó sẽ giống như p1 + p2, v.v. Đây sẽ là những áp lực riêng.
Nó dùng để làm gì?
Công thức chúng ta thu được cho biết áp suất trong hệ là từ mỗi nhóm phân tử. Ngẫu nhiên, nó không phụ thuộc vàokhác. D alton đã tận dụng điều này khi xây dựng định luật, sau này được đặt theo tên của ông: trong một hỗn hợp mà các khí không phản ứng hóa học với nhau, tổng áp suất sẽ bằng tổng các áp suất riêng phần.
