Gas ideal, persamaan keadaan gas ideal, suhu dan tekanannya, isipadu… senarai parameter dan takrifan yang digunakan dalam bahagian fizik yang sepadan boleh diteruskan untuk masa yang agak lama. Hari ini kita akan bercakap mengenai topik ini sahaja.
Apakah yang dipertimbangkan dalam fizik molekul?
Objek utama yang dipertimbangkan dalam bahagian ini ialah gas ideal. Persamaan keadaan gas ideal diperoleh dengan mengambil kira keadaan persekitaran biasa, dan kita akan membincangkannya sedikit kemudian. Sekarang mari kita dekati "masalah" ini dari jauh.
Katakan kita mempunyai beberapa jisim gas. Keadaannya boleh ditentukan menggunakan tiga parameter yang bersifat termodinamik. Ini, sudah tentu, tekanan, isipadu dan suhu. Persamaan keadaan sistem dalam kes ini akan menjadi formula untuk hubungan antara parameter yang sepadan. Ia kelihatan seperti ini: F (p, V, T)=0.
Di sini, buat pertama kalinya, kami perlahan-lahan menghampiri kemunculan sesuatu yang idealgas. Ia dipanggil gas di mana interaksi antara molekul boleh diabaikan. Secara umum, ini tidak wujud dalam alam semula jadi. Walau bagaimanapun, mana-mana gas yang sangat jarang berada berdekatan dengannya. Nitrogen, oksigen dan udara, yang berada dalam keadaan normal, berbeza sedikit daripada yang ideal. Untuk menulis persamaan keadaan bagi gas ideal, kita boleh menggunakan hukum gas bersatu. Kami mendapat: pV/T=const.
Konsep Berkaitan 1: Hukum Avogadro
Dia boleh memberitahu kita bahawa jika kita mengambil bilangan mol yang sama bagi sebarang gas rawak dan meletakkannya dalam keadaan yang sama, termasuk suhu dan tekanan, maka gas-gas tersebut akan menduduki isipadu yang sama. Khususnya, eksperimen dijalankan dalam keadaan biasa. Ini bermakna suhu ialah 273.15 Kelvin, tekanan adalah satu atmosfera (760 milimeter merkuri, atau 101325 Pascals). Dengan parameter ini, gas menduduki jumlah yang sama dengan 22.4 liter. Oleh itu, kita boleh mengatakan bahawa untuk satu mol mana-mana gas, nisbah parameter berangka akan menjadi nilai malar. Itulah sebabnya diputuskan untuk menetapkan angka ini dengan huruf R dan memanggilnya pemalar gas sejagat. Oleh itu, ia bersamaan dengan 8.31. Unit ialah J/molK.
Gas yang ideal. Persamaan keadaan gas ideal dan manipulasinya
Mari cuba tulis semula formula. Untuk melakukan ini, kami menulisnya dalam bentuk ini: pV=RT. Seterusnya, kami melakukan tindakan mudah, darab kedua-dua belah persamaan dengan bilangan tahi lalat sewenang-wenangnya. Kami mendapat pVu=uRT. Marilah kita mengambil kira hakikat bahawa hasil darab isipadu molar danjumlah jirim hanyalah isipadu. Tetapi selepas semua, bilangan tahi lalat pada masa yang sama akan sama dengan hasil bagi jisim dan jisim molar. Beginilah rupa persamaan Mendeleev-Clapeyron. Ia memberikan gambaran yang jelas tentang jenis sistem yang terbentuk oleh gas ideal. Persamaan keadaan bagi gas ideal akan berbentuk: pV=mRT/M.
Deduksikan formula untuk tekanan
Mari kita lakukan beberapa lagi manipulasi dengan ungkapan yang diperolehi. Untuk melakukan ini, bahagian kanan persamaan Mendeleev-Clapeyron didarab dan dibahagikan dengan nombor Avogadro. Sekarang kita berhati-hati melihat produk jumlah bahan dengan nombor Avogadro. Ini tidak lain hanyalah jumlah molekul dalam gas. Tetapi pada masa yang sama, nisbah pemalar gas universal kepada nombor Avogadro akan sama dengan pemalar Boltzmann. Oleh itu, formula untuk tekanan boleh ditulis seperti berikut: p=NkT/V atau p=nkT. Di sini simbol n ialah kepekatan zarah.
Proses gas yang ideal
Dalam fizik molekul terdapat perkara seperti isoproses. Ini adalah proses termodinamik yang berlaku dalam sistem pada salah satu parameter malar. Dalam kes ini, jisim bahan juga mesti kekal malar. Mari kita lihat mereka dengan lebih khusus. Jadi, undang-undang gas ideal.
Tekanan kekal malar
Ini adalah undang-undang Gay-Lussac. Ia kelihatan seperti ini: V/T=const. Ia boleh ditulis semula dengan cara lain: V=Vo (1 + at). Di sini a adalah bersamaan dengan 1/273.15 K^-1 dan dipanggil "pekali pengembangan volum". Kita boleh menggantikan suhu dalam kedua-dua Celsius danskala Kelvin. Dalam kes kedua, kita mendapat formula V=Voat.
Volume kekal malar
Ini ialah undang-undang kedua Gay-Lussac, lebih biasa dirujuk sebagai undang-undang Charles. Ia kelihatan seperti ini: p/T=const. Terdapat rumusan lain: p=po (1 + at). Transformasi boleh dilakukan mengikut contoh sebelumnya. Seperti yang anda lihat, undang-undang gas ideal kadangkala agak serupa antara satu sama lain.
Suhu kekal malar
Jika suhu gas ideal kekal malar, maka kita boleh mendapatkan hukum Boyle-Mariotte. Ia boleh ditulis seperti ini: pV=const.
Konsep Berkaitan 2: Tekanan Separa
Katakan kita mempunyai kapal dengan gas. Ia akan menjadi campuran. Sistem ini berada dalam keadaan keseimbangan terma, dan gas itu sendiri tidak bertindak balas antara satu sama lain. Di sini N akan menunjukkan jumlah bilangan molekul. N1, N2 dan seterusnya, masing-masing, bilangan molekul dalam setiap komponen campuran. Mari kita ambil formula tekanan p=nkT=NkT/V. Ia boleh dibuka untuk kes tertentu. Untuk campuran dua komponen, formula akan mengambil bentuk: p=(N1 + N2) kT/V. Tetapi kemudian ternyata jumlah tekanan akan dijumlahkan daripada tekanan separa setiap campuran. Jadi, ia akan kelihatan seperti p1 + p2 dan seterusnya. Ini akan menjadi tekanan separa.
Untuk apa?
Formula yang kami peroleh menunjukkan bahawa tekanan dalam sistem adalah daripada setiap kumpulan molekul. Secara kebetulan, ia tidak bergantung kepadayang lain. D alton mengambil kesempatan daripada ini apabila merumuskan undang-undang, kemudian dinamakan sempena namanya: dalam campuran di mana gas tidak bertindak balas secara kimia antara satu sama lain, jumlah tekanan akan sama dengan jumlah tekanan separa.
