Лекція Кінетична теорія газів та основні газові закони
Лекція Кінетична теорія газів та основні газові закони
В основі кінетичної теорії газів лежить поняття «ідеальний газ». Це спрощена математична модель, користуючись якою можна пояснити такі поняття, як тиск газу, взаємодифузія, ефузія тощо.
Поняття ідеальний газ передбачає:
-зневажливо малий обсяг частинок,
-Хаотичний безперервний рух частинок,
-відсутність взаємодії між частинками,
-Ідеально пружні зіткнення, що не ведуть до втрати кінетичної енергії.
Відповідно до теорії середня кінетична енергія частинок у газоподібному стані пропорційна температурі за абсолютною шкалою Кельвіна.
Основними параметрами, що описують стан газу є обсяг (V), температура (Т) та тиск (Р), пов'язані між собою емпіричними залежностями - газовими законами.
Закон Бойля - Маріотта : при Т = соnst тиск даної маси газу обернено пропорційно його об'єму:
або РV = const (1.1)
Закон Гей-Люссака: при р = const об'єм газу прямо пропорційний абсолютній температурі:
або V / T = const (1.2)
Закон (гіпотеза Авогадро): У рівних обсягах різних газів за однакових умов міститься однакове число молекул.
Слідство : Однакове число молекул різних газів за однакових умов займає однаковий обсяг.
При вирішенні конкретних фізико-хімічних завдань доводиться зіставляти результати експериментів, наводячи їх до єдиного «хімічного масштабу». Таким масштабом є«нормальні умови», яким відповідає температура, що дорівнює 0оС (273,15 К) і тиск, що дорівнює 1 атмосфері (1,01325 · 105 Па або 760 мл рт. ст.). У таких умовах 1 моль ідеального газу (6,02 1023 молекул)займає об'єм 22,4 л (22,4 10-3 м3)
Обсяг газу, його тиск і абсолютна температура пов'язані між собою рівнянням, що поєднує закони Бойля - Маріотта та Гей-Люссака:
(1.3)
Де Р0, V0 і Т0 - параметри газу заНормальних умов:
Привести обсяг газу до нормальних умов – це означає перерахувати його обсяг за заданих умов на обсяг за нормальних умов:
(1.4)
Добуток постійних величин P0V0/T0 позначається буквою R. Це універсальна постійна газова. У системі СІ вона має розмірність:
Дж/моль К або 8,314 103 Дж/кмоль К
Якщо тиск газу виміряно в атмосферах, а об'єм у літрах, то чисельне значення R = 0,082 л атм/моль.
При вимірюванні об'єму в мл, а тиску в міліметрах ртутного стовпа значення універсальної газової постійної R = 62360 мл мм рт. ст./моль К
Таким чином, для 1 кмоль газу pV=RT,
Для n кмоль газу:
Цей вираз відомий якРівняння Менделєєва - КлаЙПерона або рівняння стану ідеального газу.
Для реальних газів Ван-дер-Ваальс ввів у рівняння (1.5) поправки, що враховують взаємне тяжіння молекул (а) та власний обсяг (в):
Для n молей газу: (1.6)
Константи І Для різних газів наведено у додатку 1.
Контрольні питання.
1. Сформулюйте основні припущення кінетичної теорії газів.
2. Як кінетична теорія пояснює:
а) взаємодії газів;
Б) тиск, створюваний газом;
В) стисливість газів;
Г) рівнозначність тиску в усіх напрямках;