Оқулық "Білім беруді дамытудың федералды институты"
жүктеу/скачать 9,08 Mb. Pdf көрінісі
|
Белик Физикалық және коллоидтық химия
| 1.2.Газ тәрізді кҥй
1.2.1. Мінсіз газ. Газ заңдары Жоғары температурада және тӛмен қысымда газ бӛліктері бір-бірінен алыс тҧрады, олардың ӛзара әрекеттесу энергиясын және газдың алатын кӛлемімен салыстырғанда олардың кӛлемін ескермейді. Мҧндай жағдайда газдар мінсіз газға тән қарапайым заңдарға бағынады. Мінсіз газ - газ тәрізді кҥйдің теориялық моделі, ол мынадай болжамдарға негізделеді: газ бӛлшектері - материалдық нҥктелер болып табылады; газ бӛліктері бір-бірімен ӛзара әрекеттеседі. Нақты газдардың кҥйі мінсіз газдан қашанда ерекше болады; газ бӛлшектері неғҧрлым бір-біріне жақынырақ орналасса неғҧрлым кӛп болса, соғҧрлым олар бір-бірімен ӛзара қаттырақ әрекеттеседі. Кез-келген газдың белгілі бір санының физикалық жағдайы мынадай шамалармен: температурамен T, қысым p және V кӛлемдерімен сипатталады. Бҧл сандардың барлығы ƒ (p, V, T) = 0. Бҧл қатынас жағдай теңдеуі деп аталады. Мінсіз газ кҥйінің теңдеуі Бойль-Мариот, Шарль, Гей-Люссак және Авогадро заңдарынан туындайды Бойль-Мариот, Шарль және Гей-Люссак заңдары газдың жай-кҥйін сипаттайтын шамалардың біреуінің (p,V,T), тҧрақтылығымен тҧрақты массаның мінсіз газы ҥшін қҧрылды. P және V ӛзгерістерінің арасындағы байланыс Бойль заңын (1662) - Мариот (1676) білдіреді: тҧрақты температура ҥшін газдың кӛлемі оның кӛлеміне кері пропорционалды: немесе бҧл жердегі const газдың массасы мен температурасына байланысты, бірақ 11 (1.2) қысымы мен кӛлеміне қатысты емес. Егер газды тҧрақты қысымда қыздырса, онда температура әрбір градусқа кӛтерілген сайын, газ кӛлемі бастапқы кӛлемнің сол ҥлесімен 0 ° C температурада ӛседі: (1.1) Бҧл жердегі V 0 — кӛлем, яғни газдың 0 °С алатын кӛлемі; α = 1/273,15 К -1 — газдың жылу кеңейту коэффициенті: t — газадың °С температурасы. Егер Цельсийдің температуралық шкаласын абсолютті температуралық шкаламен алмастырса (Кельвин шкаласымен): онда теңдеу (1.1) мынадай тҥрге ие болады: немесе бҧл жердегі const газдың қысымы мен массасына тәуелді, бірақ кӛлемі мен температурасына тәуелді болмайды. Сонымен қатар газды тҧрақты кӛлемде қыздыру жағдайын анықтаймыз: (1.3) Бҧл жердегі р 0 —0 °С температурадағы газдың қысымы. (1.3) шамасындағы а мәнді және температура шкаласын ауыстыру кезінде келесіні аламыз немесе (1.4) Бҧл жердегі const газ массасына байланысты, бірақ оның қысымы мен температурасына қатысты емес. 12 (1.5) (1.2) және (1.4) теңдеулер —Гей-Люссак (1802) және Шарль (1787) заңдарының математикалық тҧжырымдамасы: тҧрақты қысым кезінде газдың кӛлемі абсолюттік температураға пропорционалды, ал кӛлем тҧрақты болғанда газ қысымы абсолюттік температураға пропорционалды болады. Бойль-Мариот, Шарль, Гей-Люссак заңдары тек мінсіз газдар ҥшін ғана орындалады. Нағыз газдар олардың тығыздығы неғҧрлым тӛмен болса, соғҧрлым, яғни неғҧрлым қысым тӛмен және температура жоғары болса, дәлірек орындалады Авогадро (1811) тек мінсіз газдар ғана бағынатын тағы бір маңызды физикалық заңды анықтады. Қысым тең болғанда және тең температурада әртҥрлі газдардың бірдей кӛлемінде молекулалар саны бірдей болады. Ӛйткені молекулалардың бірдей санына, тең санды моль сәйкес келеді, Р және Т мәндері ҥшін кез-келген мінсіз газдың бір молі бірдей кӛлемде болады. Қалыпты жағдайда (p = 1 атм = 1,013 • 10 5 Па, T = 273,15 К (t = 0 ° С)), мінсіз газдың бір молінің кӛлемі 22,4 литрді қҧрайды. Бір мольдегі молекулалардың саны Авогадро саны (N A = 6,022 10 23 моль -1 ) деп аталады. Авогадро заңы химияны дамытуда ҥлкен рӛл атқарды, ӛйткені ол алғаш рет атомдар мен молекулаларды айырып берді, сондай-ақ атомдық және молекулалық массаларды сенімді тҥрде анықтауға мҥмкіндік берді. Ҥшінші шама ҥнемі тҧрақты болғанда, р, V, Т ҥш шамадан тҧратын әрбір жҧптың арасында тәуелділік орнататын газ туралы ҥш заңның негізінде біріктірілген газ заңын шығаруға болады — мінсіз газдың жай кҥйінің теңдеуі. Газдың бастапқы (ерікті) кҥйі р ь V 1 , Т ъ және соңғы (сондай-ақ ерікті) параметрлері p2, v2 және T2 параметрлерімен сипатталсын. Бір кҥйден басқа екі кҥйге ауысайық. Біріншіден, T1 тҧрақты температурада біз p1-ден p2-ге дейінгі қысымды ӛзгертеміз, ал кӛлемі V1-ден V-ге дейін ӛзгереді. Бойль-Мариот заңына сәйкес біз тӛмендегіні аламыз . Тҧрақты қысым р 2 кезінде біз Т 1 ден Т 2 -ге дейінгі температураны ӛзгертеміз, ал кӛлемі V' ден V 2 -ге ауысады. Гей-Люссак заңына сәйкес келесіні аламыз сонда (1.6) |