7.2 Газообразное состояние вещества
В газообразном состоянии молекулы находятся друг от друга на значительных расстояниях и соответственно занимают очень малую долю объёма. По этому при невысоких давлениях и температурах молекулы в газообразном состоянии практически не взаимодействуют друг с другом. Структура вещества в газообразном состоянии не- упорядочена.
Наиболее проста теория (и математическое описание) газового состояния. При "нормальных условиях" (0оС или 273,15 К и 1 атм. или 101325 Па) большинство газов вполне удовлетворительно описываются уравнением состояния идеального газа (уравнение Клапейрона -Менделеева):
pv = nRT (7.3)
где n – число молей газа;
R– молярная газовая постоянная, 8,314 Дж/к . моль .
Газ, который подчиняется этому закону, называется идеальным газом:
а) газ состоит из большого числа молекул, которые находятся в непрерывном движении;
б) молекулы газа занимают пренебрежительно малую долю объёма;
в) молекулы газа не притягиваются друг к другу;
г) время столкновения молекул друг с другом очень мало по сравнению со временем между столкновениями;
д) средняя кинетическая энергия газа пропорциональна абсолютной температуре.
Идеальный газ состоит из частиц (молекул), представляющих собой абсолютно твердые упругие шарики бесконечно малого размера, взаимодействием между которыми (кроме редких упругих столкновений) можно пренебречь.
Таблица 7.1 - Реальные мольные объемы некоторых газов при н.у.
|
Водород |
22,428 л |
|
Гелий |
22,424 л |
|
Аммиак |
22,400 л |
|
Азот |
22,408 л |
|
Кислород |
22,392 л |
|
Углекислый газ |
22,261 л |
|
Хлороводород |
22,253 л |
Для реальных газов используют уравнения состояния с поправками, учитывающими собственный размер молекул и взаимодействие между ними. Во многих случаях достаточно приближенного уравнения Ван-дер-Ваальса:
(p+
)
(V-nb)=nRT
, (7.4)
где a/V2 – поправка, учитывающая взаимное притяжение молекул ("внутреннее давление");
b – поправка, учитывающая собственный объем молекул и их взаимное отталкивание.
На основании молекулярно-кинетической теории газов для идеальных газов. Среднеквадратичная скорость молекул определяется его молярной массой:
. (7.5)
Однако, скорость отдельных молекул значительно различается. Распределение молекул по скоростям называется распределением Максвелла-Больцмана- оно зависит от t и типа газов:
Рисунок 7.1 – Распределение Максвелла-Больцмана