Termodinamik keadaan jirim agregat gas ialah cabang fizik penting yang mengkaji keseimbangan termodinamik dan peralihan kuasi statik dalam sistem. Model utama yang berdasarkan ramalan kelakuan sistem ialah model gas ideal. Dengan penggunaannya, persamaan Mendeleev-Clapeyron diperolehi. Pertimbangkan dalam artikel.
Gas ideal
Seperti yang anda ketahui, semua gas sebenar terdiri daripada molekul atau atom, jarak antaranya terlalu besar berbanding saiznya pada tekanan rendah. Di samping itu, pada suhu tinggi, pada skala mutlak, tenaga kinetik molekul melebihi tenaga potensinya yang dikaitkan dengan interaksi dipol-dipol yang lemah (jika, sebagai tambahan kepada interaksi ini, terdapat jenis ikatan kimia lain, contohnya, ion atau hidrogen, maka ia memberi sumbangan yang besar kepada komponen potensi tenaga sistem dalaman).
DisebabkanBagi kebanyakan gas sebenar dalam keadaan hampir normal, seseorang boleh mengabaikan interaksi dalaman dan saiz zarahnya. Kedua-dua anggaran utama ini membentuk model gas ideal.
Persamaan Mendeleev dalam fizik
Adalah lebih tepat dan adil untuk memanggil persamaan ini sebagai hukum Clapeyron-Mendeleev. Hakikatnya ialah ia pertama kali direkodkan oleh jurutera Perancis Emile Clapeyron pada tahun 1834. Dia melakukan ini dengan menganalisis undang-undang gas Boyle-Mariotte, Gay-Lussac dan Charles yang ditemui pada awal abad ke-19.
Merit ahli kimia Rusia Dmitry Mendeleev terletak pada fakta bahawa dia memberikan persamaan bentuk matematik yang moden dan mudah digunakan. Khususnya, Mendeleev memperkenalkan ke dalam persamaan pemalar untuk semua gas R=8, 314 J/(molK). Clapeyron sendiri menggunakan beberapa pemalar empirikal yang menyukarkan proses pengiraan.
Persamaan Mendeleev-Clapeyron ditulis seperti berikut:
PV=nRT.
Kesamaan ini bermakna hasil darab tekanan P dan isipadu V di sebelah kiri ungkapan sentiasa berkadar dengan hasil darab suhu mutlak T dan jumlah bahan n di sebelah kiri.
Ungkapan yang sedang dikaji membolehkan anda mendapatkan sebarang undang-undang gas jika anda membetulkan dua daripada empat parameternya. Dalam kes isoproses, sistem tertutup dikaji di mana tiada pertukaran jirim dengan persekitaran (n=const). Proses ini dicirikan oleh satu parameter termodinamik tetap (T, P atau V).
Contoh masalah
Sekarang mari kita selesaikan masalah pada persamaan Mendeleev-Clapeyron. Adalah diketahui bahawa oksigen seberat 500 gram berada di dalam silinder dengan isipadu 100 liter pada tekanan 2 atmosfera. Berapakah suhu dalam belon itu, memandangkan sistem itu berada dalam keseimbangan termodinamik.
Ingat bahawa, mengikut takrifan, jumlah bahan dikira dengan formula:
n=m/M.
Di mana m ialah jisim semua zarah sistem, M ialah purata jisim molar mereka. Persamaan ini membolehkan kita menulis semula persamaan Mendeleev dalam bentuk berikut:
PV=mRT/M.
Di mana kami mendapat formula yang berfungsi untuk tugasan ini:
T=PVM/(mR).
Ia kekal untuk menukar semua kuantiti kepada unit SI dan menggantikannya ke dalam ungkapan ini:
T=21013250, 10, 032/(0, 58, 314)=156 K.
Suhu yang dikira ialah -117 oC. Walaupun oksigen pada suhu ini masih gas (ia terpeluwap pada -182.96 oC), dalam keadaan sedemikian model gas ideal hanya boleh digunakan untuk mendapatkan anggaran kualitatif bagi nilai yang dikira.
