І-тарау   ЗАТТАРДЫҢ АГРЕГАТТЫҚ КҮЙЛЕРІ

 

15 

 

мен  қысымда  бір  уақытта  әрі  бу,  әрі  сұйық  су,  әрі  мұз  күйде 

болады. 

Кейбір  заттар  тек  бір,  екі 

ғана 

күйге 

ұшырайды. 

Мысалы, 

нафталин, 

йод, 

күшәндер қатты күйден бірден 

буға 

айналады. 

Мәселен, 

кальций  карбонаты  сұйық 

күйінде  де,  газ  күйінде  де 

алынбайды. 

Өйткені 

ол 

қыздырғанда  кальций  оксиді 

мен  көміртек  (IV)  оксидіне 

ыдырайды.  Крахмал,  белокты 

да газ күйінде алуға болмайды.  

Заттардың  осы  үш  күйі  –  олардың  айырмашылығы, 

молекулаларының өзара арақашықтығы мен әрекеттесу дәрежесіне 

байланысты  болады.  Газ  күйіндегі  заттардың  атомдары  мен 

молекулалары  бір-бірінен  өте  алшақта  болатындықтан,  олардың 

молекулааралық күштері өте әлсіз. Газ күйіндегі заттар кез келген 

көлемде  бола  алады.  Сондықтан,  оларды  жоғары  қысыммен  қыса 

отырып,  сұйық  немесе  қатты  күйге  айналдыруға  болады.  Кейбір 

заттардың  газ  күйінде  жеке  молекула  емес,  екі,  үш  бөлшектен 

тұратын жиынтық түрінде де болуы мүмкін. 

Сұйық  күйіндегі  заттар  молекулаларының  әрекеттесу  күші 

(газдарға  қарағанда)  көбірек  болады.  Сондықтан,  сұйықтық 

молекулалары  бір-бірінен  тәуелсіз  қозғалу  қабілетін  жоғалтып, 

бірінен-бірі  өте  қашықтықта  болмайды.  Сұйық  күйіндегі  дене 

көлемі  аз,  тек  өзінің  пішінін  ғана  өзгертетін  болады. 

Сұйықтықтардың  осындай  қасиеті  техникада  көтергіш,  тежегіш 

қондырғыларда т.б. мақсаттар үшін жиі қолданылады. 

Қатты  денелерде  атомдар,  молекулалар  немесе  иондар  арасы 

өте  жақын  және  олардың  тебілу  күштері  тартылу  күштерімен 

шамалас болады. Осы атомдар (молекулар мен иондар) белгілі бір 

тәртіппен араласып кристалдық тор түзеді. 

Заттардың  бір  агрегаттық  күйден  екінші  бір  агрегаттық  күйге 

ауысуы  жүйе  энергиясының  өзгеруімен  жүреді.  Мысалы,  балқу, 

булану  кездерінде  жылу  сіңіріліп,  ал  конденсациялану  және 

кристалдану кездерінде жылу бөлініп шығатын болады. Қатты және 

сұйық  жүйелерді  заттардың  конденсацияланған  күйлері  дейді.  Зат 

 

1.1-сурет. Су күйінің диаграммасы 

 

 

16 

 

қатты  күйден  сұйық  күйге  ауысқанда,  сұйық  күйден  газ  күйіне 

ауысуына қарағанда, энергия аз жұмсалады. Ендеше  балқу жылуы 

оның булану жылуынан әрқашанда аз болады. 

 

2 ГАЗДАР 

2.1 Газдардың заңдары 

Газдар молекулаларының аралықтары тым алшақ орналасады 

да, тығыздығы мен тұтқырлығы және молекулааралық күштері өте 

аз  болады.  Егер  газ  өте  сиретілсе,  оның  молекулааралық  күші  газ 

молекулаларының алатын көлемі сол газдың алып тұрған келемінің 

үлесіне де жетпейді. Газдың осылай шексіз сиретілген күйін идеал 

жағдай  деп  атайды.  Идеал  газ  да газдардың  заңдарына  бағынады. 

Ол  заңдарды  тәжірибе  нәтижесінде  Бойль-Мариотт,  Гей-Люссак-

Шарль  және  Авогадро  тұжырымдап  берді.  Енді  осы  заңдарды 

қарастырайық. 

Бойль-Мариотт 

заңы 

бойынша 

тұрақты 

температурада берілген газ мөлшерінің көлемі оның қысымына кері 

пропорционал  болады.  Егер  берілген  газдың  Р

1

  және  Р

2

 

қысымындағы көлемдерін V

1

 және V

2

 деп белгілесек, онда: 

 

                                                Р

1

V

1

=Р

2

V

2

=К                                         (1) 

 

мұндағы К-тұрақты шама. 

 

Берілген  газ  мөлшерінің  көлемі  мен  қысымының  көбейтіндісі 

берілген  температурада  тұрақты  шама  екені  теңдеуден  (1)  айқын 

байқалады.  Көлемнің  қысымға  байланысты  тәуелділігін  1.2-

суреттен  көре  аламыз.  Бұл  қисықтар  идеал  газдың  изотермалары 

деп аталады. 

Гей-Люссак пен Шарльдің заңы (1802 ж.) тұрақты қысымдағы 

идеал  газдың  көлемі  мен  температурасы  арасындағы  байланысты 

көрсетеді.  Егер  газды  тұрақты  қысымда  қыздырса,  онда 

температура бір градусқа артқан сайын газдың көлемі (V

t

)

 

бастапқы 

0°С температурасындағы көлемінен (V

0

)1  /  273,16-ға)      (≈1/273-ке) 

көбейеді: 

 

V

t

 = V

0

 + V

0

 ∙ 

t

/273 

немесе 

                              V

t

 = V

0

 ( 1 + t /273) = V

0

 Т /273                              (2) 

 

 

17 

 

Мұндағы Т-Кельвин бойынша температура (Т = 273,16 +  t°), ал t°- 

Цельсий бойынша температура. Берілген газ мөлшері үшін V

0

 / 273 

тұрақты шама, сол себепті теңдеуді (2) былайша жазуға болады 

 

                                                 V

t

 = КТ                                                (2а) 

немесе 

                                        V

 1

 /Т

 1

 =  V

 2

 /Т

 2

                                           (2ә) 

 

Бұдан  газ  көлемінің  абсолюттік  температураға  тура 

пропорционал болатынын көреміз. 

Тұрақты  көлемде  газдың  қысымы  температура  бір  градусқа 

көбейгенде  1/273-ке  артатындықтан,  мынадай  теңдеу  жазуға 

болады: 

 

                              Р = Р

0 

(1  +  t  /273)  = Р

0

Т/273                               (3) 

 

Сонымен  Гей-Люссак  және  Шарль  заңын  былай  тұжырымдай 

аламыз:  тұрақты  қысымда  температураны  1°-қа  өзгертсе, 

берілген  мөлшердегі  газдың  0°  С  температурасындағы  көлемі 

1/273-ке  өзгереді  немесе  тұрақты  көлемде  температураны  1°-қа 

өзгертсе,  берілген  мөлшердегі  газдың  0°С  температурасындағы 

қысымы 1/273-ке өзгереді. 

 

 

 

1.2-сурет. Идеал газдың 

 

изотермалары 

1.3-сурет. Идеал  газдың 

изобаралары 

 

Газ  көлемі  тұрақты  болса,  қысым  да,  көлем  де  абсолюттік 

температураға тура пропорционал болады: 

 

                                                 Р = КТ                                                 (За) 

 

18 

 

 

                                            Р

1

 / Т = Р

2

 / Т

2

 = К                                  (Зә) 

 

Теңдеуді  (2)  1.3-суреттегідей  түзулер  арқылы  көрсететін 

болсақ,  бұл  қисықтардың  әрқайсысы  тұрақты  қысымға  сәйкес 

келеді.  Бұл  қисықтар  идеал  газдың  изобаралары  деп  аталады. 

Газдардың  үшінші  заңын  Авогадро  ашқандықтан  (1811  ж.) 

Авогадро  заңы  деп  аталады.  Оны  былай  тұжырымдауға  болады: 

бірдей  қысым  мен  бірдей  температурадағы  әр  түрлі  газдардың 

бірдей  көлемдерінің  молекулалар  саны  да  бірдей  болады.  1  моль 

газдың көлемі 0°С температура және 760 мм сынап бағанасындағы 

қысымда  -  1,01325·  10

5

Н/

м

2

,  V

0

=22,415  л,  ал  газ  құрамындағы 

молекулалардың саны Авогадро тұрақтысы деп аталады. Авогадро 

заңы  химияны  дамытуда  үлкен  рөл  атқарды.  Сондай-ақ  XVIII 

ғасырдың  ортасында  М.  В.  Ломоносов  тұжырымдаған  атом-

молекулалық  ілімді  мойындау  және  атом  мен  молекуланың 

массаларының шамаларын есептеуде де Авогадро санының маңызы 

зор. 

 

2.2 Идеал газдар, олардың физикалық күйінің теңдеуі 

Газдарға  арналған  идеал  жағдай  жоғарыда  (2.1)  баяндалды. 

Идеал  жағдайдағы  газдарды  идеал  газдар  деп  атайды.  Газдардың 

физикалық  күйі  үш  шамамен:  температура  (Т),  қысым  (Р)  және 

көлеммен  (V)  сипатталады,  ал  олардың  арасындағы  байланысты 

сол  жоғарыда  айтылған  газдардың  үш  заңын  біріктіріп  табуға 

болады.  0°С  температурадағы  және  Р

0

  қысымдағы  берілген  газ 

көлемін V

0

  деп  белгілейік.  Егер  температура  Т  болса,  онда  газдың 

көлемі - V

t

 ал қысымы Р

t

-ға дейін өзгереді. Газды бір күйден екінші 

күйге  екі  түрлі  жолмен  ауыстыруға  болады.  Ең  алдымен 

температурасын  тұрақты  етіп  (Т

0

),  қысымды  Р

0

-дан  Р

t

-ға  дейін 

өзгертсек,  газдың  көлемі  V

0

  -ден  V

1

  -ге      дейін  өзгереді.  Бойль-

Мариотт заңы бойынша: Р

0

 V

0 

= Р

1

 V

1

. 

Егер температураны Т

0

-ден Т-ға дейін өзгертіп, қысым тұрақты 

және Р

1

болса, газдың көлемі V

0

-ден V

1

-ге дейін езгереді. 

Гей-Люссак заңы бойынша: V

0

  /  Т

0

=  V

1

  /  Т

1

.  Осы  теңдіктің  оң 

жағы мен сол жағын Р

1

-ге көбейтсек: 

                            Р

0

 V

0 

 / Т

0

= Р

1

 V

1 

/ Т

1

; Р

1

 V

1 

= Р

0

 V

0 

  

екенін ескерсек, онда: 

                                       Р

0

 V

0 

 / Т

0

= Р

1

 V

1 

/ / Т

1

. 

 

19 

 

Бұдан газдың кез келген күйі былай өрнектеледі: 

                                      Р V

 

/Т=r , Р V =r∙Т                                   (4) 

Мұндағы  r  –  газдың  табиғаты  мен  мөлшеріне  тәуелді  тұрақты 

шама. Бұл теңдеуді (4) Б. Э. Клайпеpoн 1834 ж. қорытып шығарды. 

Кейінірек Д. И. Менделеев Клайперон теңдеуіндегі r-ді 1 моль газға 

сәйкес  тұрақтысымен  ауыстырды:  r  =  п  R  мұндағы  п  -  газ 

мольдерінің саны. Сонда: 

                                       Р V = п RТ                                                (5) 

Бұл  теңдеуді  (5)  идeал  газ  күйінің  mеңдеуі  немесе  Клайпeрон-

Менделеев  теңдеуі  деп  аталады.  Теңдеудегі  (5)  R-газдың  табиғаты 

мен  мөлшеріне  байланыссыз  тұрақты  шама.  Ол  газдың  универсал 

тұрақтысы  деп  аталады.  R-дің  сандық  мәні  қысым  мен  көлемнің 

өлшем 

бірліктеріне 

байланысты 

болады. 

Егер 

қысым 

атмосферамен, ал көлем литрмен өлшенсе, онда: 

R=рV /Т=1∙22,414 /273,16≈0,082 л. атм/град∙моль 

Егер қысым дин/см, ал көлем см

3

 болса, онда. 

R=РV/Т=76∙13,6∙0,81∙22,414/273,16=8,313∙10

7

эрг/град∙моль; 

1 

калорияның 4,18∙10

7

 эрг екенін ескерсек: 

R  =8,313∙10

7

/4,18∙10

7

=1,987  (немесе  ≈  2)  кал  (град∙моль)  РV/Т 

өрнегі жұмыстың өлшемімен өлшенеді. 

Олай  болса,  R  деп  отырғанымыз  тұрақты  қысымда 

температураны  бір  градусқа  арттырғандағы  1  моль  идеал  газдың 

ұлғаю  жұмысы  болып  табылады,  ол  өлшемдердің  халықаралық 

жүйесінде (СИ) джоуль бойынша өрнектеледі: 

                                R=8,313∙10

3

   дж /  (град-  кмоль) 

Менделеев-Клайперон  теңдеуі  газдарға  байланысты  әр  түрлі 

есептеулерде  (мысалы,  газдың  массасы  немесе  газдың  көлемін 

қалыпты жағдайға келтіру) қолданылады. 

Газдың  массасын  табу  үшін  теңдеудегі  (5)  п  мынадай  етіп 

жазылады: 

                                           п = m/М 

мұнда т - газдың мөлшері, М-газдың бір мольінің массасы.  

Сонда РV = mRТ/М, бұдан: 

                                       М = тRТ/РV                                            (6) 

Теңдеу  (6)  бойынша  берілген  газдың  массасын  есептеп  табуға 

болады.  Алайда  массасын  анықтайтын  зат  газ  күйіне  ауысқанда 

диссоциацияланбауын  (ыдырамауын)  ескеру  керек.  Мысалы, 

фосфор  (V)  хлоридін  қыздырғанда,  ол  фосфор  (Ш)  хлориді  мен 

хлорға ыдырайды. 

 

20 

 

Сондықтан  формула  (6)  бойынша  фосфор  (V)  хлоридінің 

массасы анықталмайды. 

Ал  газдардың  көлемін  қалыпты  жағдайға  келтіруде  мынадай 

формулалар пайдаланылады: 

                                 Р

0

 V

0 

 / 273=Р

1

 V

1 

 / Т

1 

Бұдан                       V

0 

= Р

1

 V

1 

 ∙ 273/ Т

1

 Р

0

                                   (7) 

Идеал  газ  күйінің  теңдеуін  тек  жеке  газ  емес,  газдардың 

қоспасына  да  қолдануға  болады.  Әрине  ондағы  газдар  өзара 

әрекеттеспеуі керек. 

Дальтонның  заңы  (1807)  бойынша  газдар  қоспасының  жалпы 

қысымы 

олардың 

әрқайсысының 

үлестік 

қысымдарының 

қосындысына тең: 

                                        

Р= Р

1

+ Р

2

+ Р

3

+...+ Р

i

                                           

(8) 

Мұндағы  Р-газ  қоспасының  жалпы  қысымы,  ал  Р

1

;  Р

2

;  Р

3

  ;...  Р

i

 

– 

қоспадағы  құрамдас  бөліктердің  үлестік  қысымдары.  Егер  газ 

қоспасы әр түрлі құрамдас бөліктердің п

1

,п

2

,п

3

... п

і

 молінен тұратын 

болса, онда молдердің жалпы саны (п) мынаған тең: п

 

= п

1

 

+ п

2

 

+ п

3

 

+ п

і

.

 

Газ қоспасының жалпы көлемі V, ал температурасы Т болса, ол 

қоспадағы құрамдас бөліктердің үлестік қысымдарын былай жазуға 

болады:  

                          Р

1

= п

1

 RТ/ V; Р

2

= п

2

 RТ/ V;... Р

i

 

= п

і

 

RТ/ V               (8

а

) 

(8

а

) өрнектерді  (8) теңдеуге қойсақ: 

                        Р=(п

і

+п

2

+п

3

 + ... п

і

) ∙RТ/ V=п∙RТ/ V                          (8

б

)

 

 

(8

а

)  өрнектерінің  бірін  (8

б

)  теңдеуіне  бөліп,  газ  қоспасының 

жалпы  қысымы  мен  оның  бір  құрамдас  бөлігінің  (і)  үлестік 

қысымдарының арасындағы қатынасты білуге болады: 

                               Р

i

=п

I 

/п∙Р     немесе     Р

i

=N

I 

/Р,

                                   

(9) 

Мұндағы N

i

 газ қоспасындағы берілген і құрамдас бөліктің мольдік 

үлесі. 

 

2.3 Газдардың кинетикалық теориясы 

Газ  заңдарының  негізі  болған  молекулалық-кинетикалық 

теория  (ілім)  ХVІІІ  ғасырдың  ортасында  тұжырымдалды.  Оның 

негізгі қағидалары мыналар: 

1.  Кез  келген  газ  бірдей  шар  тәрізді  серпімді  молекулалардан 

тұрады. 

Ол 

молекулалардың 

шамасы 

молекулааралық 

 

21 

 

қашықтықтан  өте  аз  болғандықтан,  оларды  материалдық  нүкте 

ретінде қарастыруға болады. 

2. Молекулалар үздіксіз ретсіз қозғалыста болады. Бір молекула 

әр  түрлі  уақытта  әр  түрлі  жылдамдық  көрсетіп,  оның  жылжу 

бағыты да өзгеріп отырады. 

3.  Молекулалардың  бір-біріне  деген  әсері  өте  әлсіз,  оны 

ескермесе де болады, олар өзара қақтығысқанда ғана бір-біріне әсер 

етеді: 

4. Қақтығысқан молекулалардың жалпы энергиясы өзгермейді,   

өйткені   ол серпімді шарлардың соқтығысу заңына бағынады. 

Газдардың  кинетикалық  ілімінің  негізгі  теңдеуі  газдар 

молекулаларының қозғалысын зерттеудің нәтижесінде қорытылды: 

                                            

РV=1/3∙N

А

∙m ū

 2

                                                (10) 

Теңдеудегі  (10)  шамалар  бізге  бұрыннан  белгілі.  Ал  ū  - 

молекулалардың  орташа  квадраттық  жылдамдығы.  Ол  әрбір 

молекулалар жылдамдықтарының квадраттарының орташа мәнінің 

түбіріне тең: 

ū

N

u

u

u

n

/

u

...

2

2

3

2

2

2

1

 

Теңдеуден (10) идеал газ заңдарын қорытуға болады және бұл 

теңдеуден әр түрлі салдар шығады. Теңдеудегі (10) РV өрнегін оған 

тең  RТ-ге  ауыстырып  және  т  ū 

2

/2  өрнегін  оң  жаққа  шығарып 

жазсақ:  

                                        RТ=2 / 3N

0

 ∙т ū 

2

/2                                      (12) 

болады. 

Теңдеудегі  (12)  т  ū 

2

/2    өрнегін 

  деп  белгілейік,  ол-

молекулалардың  ілгерілемелі  қозғалысының  орташа  квадраттық 

энергиясы. Олай болса, теңдеуді (12) былай жазуға болады: 

                                    =

3

/

2

 ∙R ∙T/N

А

= 

3

/

2

  ∙RТ                                     (13) 

Мұндағы  К=R/N

0

,  ол  Больцман  тұрақтысы  деп  аталады. 

Больцман тұрақтысының сандық мәні мынаған тең: 

К=R/N

0

=8,314/6,02∙10

23

=1,38∙10

-23

 (джоуль/град) Теңдеу (13) газ 

молекулалары  кинетикалық  энергиясының  абсолюттік  энергияға 

тура  пропорционал  екенін  көрсетеді.  Олай    болса,  бірдей 

температурадағы газдардың  орташа кинетикалық энергиясы бірдей 

болады. 

 

22 

 

Молекулалық-кинетикалық  ілім  бойынша  абсолюттік  нөл 

температурасы (Т

0

) дегеніміз молекулалардың орташа кинетикалық 

энергиясының нөлге тең болатын температурасы болып шығады. 

Егер  газдың  мөлшері  1  моль  болса,  онда  оның  кинетикалық 

энергиясы  ∙N

А

 болады. Оны Е деп белгілесек  ∙N

А

=Е 

                                            Е=

3

/

2

  ∙RТ                                                 (14) 

Молекулалардың 

қозғалу 

жылдамдықтары 

олардың 

массаларына, температураға байланысты. 

Егер  екі  түрлі  газдың  бірдей  температура  және  қысымдағы 

бірдей көлемін алып қарастырсақ, онда: 

                                   

2

2

2

2

1

1

3

/

1

2

1

u

m

N

u

m

N

  

немесе 

2

2

2

2

1

1

u

m

u

m

                     

 

(15)

 

теңдеуден (15) 

1

2

2

2

/ m

m

u

 немесе 

1

2

2

1

/

m

/

m

u

u

                              (16)  

Сонымен  екі  түрлі  газдың  қозғалу  жылдамдықтарының 

қатынасы  олардың  массалар  қатынастарының  түбіріне  кері 

продорционал болады. 

Тұрақты  қысымда  екі  түрлі  температура  (Т

1

  және  Т

2

)  үшін 

теңдеуді (10) былай жазуға болады: 

                   Т

1

 үшін: 

1

2

1

3

1

RT

u

m

N

         

                                    (17) 

                            Т

2

 үшін:  

2

2

2

3

1

RT

u

m

N

      

                                     (18) 

теңдеуді (17) теңдеуге (18) бөліп жазсақ: 

                             

2

1

2

2

2

1

/

/

T

T

u

u

 немесе 

2

1

2

1

/

T

/

T

u

u

                           (19)

 

Теңдеуден 

(19) 

газдардың 

қозғалуының 

орташа 

жылдамдықтары  абсолюттік  температураның  түбіріне  тура 

пропорционал екенін көруге болады. 

Теңдеуді  (10)  пайдаланып  әр  түрлі  температурадағы  газ 

молекулаларының 

орташа 

жылдамдығын 

есептеп, 

газдың 

молекулалық массасын табуға болады: 

                                   

2

3

1

u

m

RT

 немесе 

M

RT

u

/

3

                          (20) 

0°С  температурасында  молекулалардың  орташа  квадраттық 

жылдамдығы  сутек  үшін  1840,  азот  үшін  493,  ал  оттек  үшін  461 

м/сек  болады.  Бұдан  газ  молекулалары  жылдамдықтарының үлкен 

шама  екенін  көреміз.  Алайда  газдардағы  диффузияны  зерттеу 

газдардың  таралу  жылдамдықтарының  аз  екенін  көрсетті.  Оның 

себебі  газ  молекулалары  бір  бағытта  емес,  бейберекет  қозғалатын 

 

23 

 

болғандықтан  олар  өзара  соқтығысып,  өздерінің  бастапқы 

жағдайынан онша қашықтамайды. 

Молекулалар  бейберекет  қозғалатындықтан,  ондағы  жеке 

молекуланың  жылдамдығы  мен  энергиясын  табу  мүмкін  емес. 

Сондықтан  молекулалардың  орташа  жылдамдығы,  орташа 

энергиясы  деген  ұғымдар  пайдаланылады.  Соның  нәтижесінде 

ықтималдылық теорияны қолданып, молекулалардың жылдамдығы 

мен  энергиясы  бойынша  таралу  заңдылықтарын  қарастыруға 

мүмкіндік  туады.  Газдардың  жылдамдықтары  бойынша  таралу 

заңын  Д.К. Максвелл 1860 жылы ашқан болатын. 

Мына 

кестедеде 

оттек 

молекулаларының 

қозғалу 

жылдамдықтары бойынша таралуы көрсетілген. 

 

жүктеу/скачать 3,84 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: