物理化学 第一章 气体的pVT关系.ppt

第一章 气体的pVT关系 物质的聚集状态： 气体 可流动。统称为流体。 液体 流动性差。统称为凝聚态。 固体 其它一些特殊的物质聚集状态介绍： 等离子体： 又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及 原子被电离后产生的包括电子、各种离子、原 子和自由基在内的气体状混合体。常被视为是 除去固、液、气外，物质存在的第四态。 等离子体粒子之间存在远程作用力，而一般气 体分子之间仅有近程作用力。利用经过巧妙设 计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。 液晶：经由特殊形状分子(常为高分子材料)组 合产生。短程有序排列。具有一定的流动性， 但又拥有固态晶体的光学性质。 物质的聚集状态和有序性： 固体：结构较复杂，但粒子排列规律性强，最 为有序。研究比较透彻。 液体：分子间的相互作用复杂。研究最不充分。 气体：分子模型最简单。气态物质由于分子的 热运动而处于最为无序的状态。研究最为深入。 物质的状态和宏观性质： 物质的宏观性质：如压力p、体积V、温度T、密 度ρ、热力学能U等。大量粒子的综合表现。 物质的状态和宏观性质的一一对应： 对于一定量纯物质组成的均相流体(如气体、液 体)，p，V，T中任意两个量确定后，第三个量 也随之确定。此时就说物质处于一定的状态。 处于一定状态的物质，各种宏观性质都有确定 的值(但未必能够通过测量或理论计算知道具体 的值为多少)和确定的关系。 状态方程： 描述处于一定状态的物质的p，V，T之间关系的 方程。 凝聚态物质(液体、固体)的体积随温度和压力 的变化很小。通常可以忽略温度和压力改变对 凝聚态物质体积的影响。主要讨论气体(理想气 体、真实气体)的状态方程。 1.1 理想气体状态方程 1.理想气体状态方程 三个经验定律：（中学知识回顾） 适用条件：低压高温气体 1)波义尔定律: pV=constant （n, T 恒定） 2)盖·吕萨克定律 V/T=constant（n, p 恒定） 3)阿伏加德罗定律 V/n＝constant （T, p 恒定） 结论：气体的p、V、T和n之间存在着一定的关 系，即： f(p,V,T,n)=0 其中：p-帕斯卡Pa；V-m3；T-K（开尔文）；n- 摩尔。 理想气体状态方程：普遍适用于低压、高温条 件下纯气体的状态方程。 pV=nRT R：摩尔气体常数。实验测定值。 R 的值： R=8.314472J·mol-1·K-1 注意单位! 通常取： R=8.314J·mol-1·K-1 理想气体状态方程的其它形式： 摩尔体积：Vm=V/n 所以：pVm = RT 摩尔数：n =m/M 所以：pV =( m/M )RT (P.8式1.1.1c错） 密度：ρ=m/V 所以：p =(ρ/M )RT 2.理想气体分子模型 1)分子间力 分子间力的普适性：无论物质以何种状态存 在，其内部的分子之间都存在着相互作用。 分子间力F、相互作用势能E和分子间距离r之间 的关系： F =-dE(r)/dr 负号表示为吸引力。 即若：r↓，E↓， dE(r)/dr＞0， F＜0，此时 分子间为相互吸引。 分子间的两种相互作用和相互作用势能： 分子间存在相互吸引力和相互排斥力并相应产 生相互吸引势能和相互排斥势能。 Lennard-Jones势能理论： 吸引势能E吸引和排斥势能E排斥均与分子间距离r 有关。但关系式子不同。总作用势能为两者之 和。 E =E吸引+E排斥=-A/r6+B/r12 A，B分别为吸引和排斥常数。其值与分子的结 构有关。 Lennard-Jones势能曲线： 势能曲线的描述： 两个分子相距较远时，相互间的作用几乎为零。 分子间的吸引力为远程力，分子间的排斥力为 近程力。当r逐渐减小时，开始时分子间吸引力 为主导，势能为负并逐渐降低。当r=r0时，势能 降到最低，此时分子间的吸引力和排斥力大小 相等，分子间的相互作用净值为零。此后随分 子间进一步靠近，分子间的相互作用开始以排 斥力为主导，分子间相互作用势能随r的减小迅 速上升。 不同相态时分子间相互作用的相对大小： 气体分子之间的距离较大，分子间的相互作用 较弱。如果分子间相互作用较强，则以凝聚态 (液态或固态存在)。 凝聚态物质的难压缩性与分子间的排斥力： 凝聚态物质的分子间距离近，分子间的排斥力 也开始发挥作用。凝聚态物质一般不像气态物 质那样容易压缩。 2)理想气体模型 理想气体： 在任何温度、压力下均能符合理想气体模