-->
|
|
|
Ãëàâà 10. Óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ èäåàëüíîãî ãàçà. Ãàçîâûå çàêîíû § 63. Óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ èäåàëüíîãî ãàçà ýòîé ãëàâå âû íå âñòðåòèòå ïðèíöèïèàëüíî íîâûõ ñâåäåíèé î ãàçàõ. Ðå÷ü ïîéä¸ò î ñëåäñòâèÿõ, êîòîðûå ìîæíî èçâëå÷ü èç ïîíÿòèÿ òåìïåðàòóðû è äðóãèõ ìàêðîñêîïè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ. Îñíîâíîå óðàâíåíèå ìîëåêóëÿðíîêèíåòè÷åñêîé òåîðèè ãàçîâ âïëîòíóþ ïðèáëèçèëî íàñ ê óñòàíîâëåíèþ ñâÿçåé ìåæäó ýòèìè ïàðàìåòðàìè. Êàê ìîæíî ðàññ÷èòàòü ìàññó âîçäóõà â êàáèíåòå ôèçèêè? Êàêèå ïàðàìåòðû âîçäóõà áóäóò íåîáõîäèìû äëÿ îïðåäåëåíèÿ ýòîé ìàññû? Ìû äåòàëüíî ðàññìîòðåëè ïîâåäåíèå èäåàëüíîãî ãàçà ñ òî÷êè çðåíèÿ ìîëåêóëÿðíî-êèíåòè÷åñêîé òåîðèè. Áûëà îïðåäåëåíà çàâèñèìîñòü äàâëåíèÿ ãàçà îò êîíöåíòðàöèè åãî ìîëåêóë è òåìïåðàòóðû (ñì. ôîðìóëó (9.17)). Íà îñíîâå ýòîé çàâèñèìîñòè ìîæíî ïîëó÷èòü óðàâíåíèå, ñâÿçûâàþùåå âñå òðè ìàêðîñêîïè÷åñêèõ ïàðàìåòðà ð, V è Ò, õàðàêòåðèçóþùèå ñîñòîÿíèå èäåàëüíîãî ãàçà äàííîé ìàññû.
Ïîäñòàâèì â óðàâíåíèå ð = nkT âûðàæåíèå äëÿ êîíöåíòðàöèè ìîëåêóë ãàçà. Ó÷èòûâàÿ ôîðìóëó (8.8), êîíöåíòðàöèþ ãàçà ìîæíî çàïèñàòü òàê:
ãäå NA — ïîñòîÿííàÿ Àâîãàäðî, m — ìàññà ãàçà, Ì — åãî ìîëÿðíàÿ ìàññà. Ïîñëå ïîäñòàíîâêè ôîðìóëû (10.1) â âûðàæåíèå (9.17) áóäåì èìåòü
Ïîäñòàâëÿÿ â óðàâíåíèå (10.2) âìåñòî kNA óíèâåðñàëüíóþ ãàçîâóþ ïîñòîÿííóþ R, ïîëó÷àåì
Åäèíñòâåííàÿ âåëè÷èíà â ýòîì óðàâíåíèè, çàâèñÿùàÿ îò ðîäà ãàçà, — ýòî åãî ìîëÿðíàÿ ìàññà. Èç óðàâíåíèÿ ñîñòîÿíèÿ âûòåêàåò ñâÿçü ìåæäó äàâëåíèåì, îáú¸ìîì è òåìïåðàòóðîé èäåàëüíîãî ãàçà, êîòîðûé ìîæåò íàõîäèòüñÿ â äâóõ ëþáûõ ñîñòîÿíèÿõ. Åñëè èíäåêñîì 1 îáîçíà÷èòü ïàðàìåòðû, îòíîñÿùèåñÿ ê ïåðâîìó ñîñòîÿíèþ, à èíäåêñîì 2 — ïàðàìåòðû, îòíîñÿùèåñÿ êî âòîðîìó ñîñòîÿíèþ, òî ñîãëàñíî óðàâíåíèþ (10.4) äëÿ ãàçà äàííîé ìàññû
Ïðàâûå ÷àñòè ýòèõ óðàâíåíèé îäèíàêîâû, ñëåäîâàòåëüíî, äîëæíû áûòü ðàâíû è èõ ëåâûå ÷àñòè:
Èçâåñòíî, ÷òî îäèí ìîëü ëþáîãî ãàçà ïðè íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ (ð0 = 1 àòì = 1,013 • 105 Ïà, t = 0 °Ñ èëè Ò = 273 Ê) çàíèìàåò îáú¸ì 22,4 ë. Äëÿ îäíîãî ìîëÿ ãàçà, ñîãëàñíî ñîîòíîøåíèþ (10.5), çàïèøåì:
Ìû ïîëó÷èëè çíà÷åíèå óíèâåðñàëüíîé ãàçîâîé ïîñòîÿííîé R. Òàêèì îáðàçîì, äëÿ îäíîãî ìîëÿ ëþáîãî ãàçà
Óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ íå íàäî âûâîäèòü êàæäûé ðàç, åãî íàäî çàïîìíèòü. Íåïëîõî áûëî áû ïîìíèòü è çíà÷åíèå óíèâåðñàëüíîé ãàçîâîé ïîñòîÿííîé: R = 8,31 Äæ/(ìîëü • Ê). Äî ñèõ ïîð ìû ãîâîðèëè î äàâëåíèè èäåàëüíîãî ãàçà. Íî â ïðèðîäå è â òåõíèêå ìû î÷åíü ÷àñòî èìååì äåëî ñî ñìåñüþ íåñêîëüêèõ ãàçîâ, êîòîðûå ïðè îïðåäåë¸ííûõ óñëîâèÿõ ìîæíî ñ÷èòàòü èäåàëüíûìè. Ñàìûé âàæíûé ïðèìåð ñìåñè ãàçîâ — âîçäóõ, ÿâëÿþùèéñÿ ñìåñüþ àçîòà, êèñëîðîäà, àðãîíà, óãëåêèñëîãî ãàçà è äðóãèõ ãàçîâ. ×åìó æå ðàâíî äàâëåíèå ñìåñè ãàçîâ? Äëÿ ñìåñè ãàçîâ ñïðàâåäëèâ çàêîí Äàëüòîíà.
Âîïðîñû ê ïàðàãðàôó 1. ×òî íàçûâàþò óðàâíåíèåì ñîñòîÿíèÿ? 2. Êàêàÿ ôîðìà óðàâíåíèÿ ñîñòîÿíèÿ ñîäåðæèò áîëüøå èíôîðìàöèè: óðàâíåíèå Êëàïåéðîíà èëè óðàâíåíèå Ìåíäåëååâà — Êëàïåéðîíà? 3. Ïî÷åìó ãàçîâàÿ ïîñòîÿííàÿ R íàçûâàåòñÿ óíèâåðñàëüíîé? 4. Ñôîðìóëèðóéòå çàêîí Äàëüòîíà.
|
|
|