21 | 09 | 2019

Лекция Кинетическая теория газов и основные газовые законы

Лекция Кинетическая теория газов и основные газовые законы

В основе кинетической теории газов лежит понятие «идеальный газ». Это упрощенная математическая модель, пользуясь которой можно объяснить такие понятия, как давление газа, взаимодиффузия, эффузия и т. д.

Понятие идеальный газ предполагает:

-пренебрежимо малый объём частиц,

-хаотическое беспрерывное движение частиц,

-отсутствие взаимодействия между частицами,

-идеально упругие столкновения, не ведущие к потере кинетической энергии.

Согласно теории средняя кинетическая энергия частиц в газообразном состоянии пропорциональна температуре по абсолютной шкале Кельвина.

Основными параметрами, описывающими состояние газа являются объём (V), температура (Т) и давление (Р), связанные между собой эмпирическими зависимостями - газовыми законами.

Закон Бойля - Мариотта: при Т = соnst давление данной массы газа обратно пропорционально его объёму:

или РV = const (1.1)

Закон Гей-Люссака: при р = const объём газа прямо пропорционален абсолютной температуре:

или V/T= const (1.2)

Закон (гипотеза Авогадро): В равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул.

Следствие: Одинаковое число молекул разных газов при одинаковых условиях занимает одинаковый объем.

При решении конкретных физико – химических задач приходится сопоставлять результаты экспериментов, приводя их к единому «химическому масштабу». Таким масштабом являются «нормальные условия», которым отвечает температура, равная 0оС (273,15 К) и давление, равное 1 атмосфере (1,01325·105 Па или 760 мл рт. ст.). В таких условиях 1 моль идеального газа (6,02 1023 молекул) занимает объем 22,4 л (22,4 10-3 м3)

Объём газа, его давление и абсолютная температура связаны между собой уравнением, объединяющим законы Бойля - Мариотта и Гей-Люссака:

(1.3)

Где Р0, V0 и Т0- параметры газа при Нормальных условиях:

Привести объём газа к нормальным условиям – это значит пересчитать его объём при заданных условиях на объём при нормальных условиях:

(1.4)

Произведение постоянных величин P0V0/T0 обозначается буквой R. Это универсальная газовая постоянная. В системе СИ она имеет размерность:

Дж/моль К или 8,314 103 Дж/кмоль К

Если давление газа измерено в атмосферах, а объем в литрах, то численное значение R = 0,082 л атм/моль К.

При измерении объема в мл, а давления в миллиметрах ртутного столба значение универсальной газовой постоянной R = 62 360 мл мм рт. ст./моль К

Таким образом, для 1 кмоль газа pV=RT,

Для n кмоль газа:

pV= nRT (1.5)

Это выражение известно как Уравнение Менделеева - КлаЙПерона или уравнение состояния идеального газа.

Для реальных газов Ван-дер-Ваальс ввел в уравнение (1.5) поправки, учитывающие взаимное притяжение молекул (а) и собственный объём (в):

Для n молей газа: (1.6)

Константы И Для различных газов даны в приложении 1.

Контрольные вопросы.

1. Сформулируйте основные допущения кинетической теории газов.

2. Каким образом кинетическая теория объясняет:

а) взаимодействия газов;

Б) давление, создаваемое газом;

В) сжимаемость газов;

Г) равнозначность давления по всем направлениям;