Газообразное вещество форма объем

Конспект лекций
по общей химии

Продолжение.
Начало см. в № 8, 12, 13, 20, 23, 25-26, 40/2004;
1, 11, 15/2005;
7/2006

Глава 8. Строение вещества

8.1. Агрегатные состояния вещества

Химики изучают превращения веществ, находящихся в трех агрегатных состояниях – газообразном (газы), жидком (жидкости) и твердом (твердые аморфные тела либо кристаллы) (табл. 8.1).

Свойства газов, жидкостей, твердых веществ

Плотность

Совпадает с объемом сосуда, сильно зависит от температуры и давления

Заполняет сосуд, принимая его форму

Жидкость

Фиксированный

Нефиксированная, полностью или частично заполняет сосуд

От умеренной до большой

Твердое вещество

Фиксированный

Собственная

Практически отсутствует

Газы. Наиболее характерным свойством является сжимаемость и способность расширяться. Газы не имеют собственной формы, они расширяются до тех пор, пока равномерно не заполнят весь сосуд, куда их поместили. Это означает, что газы не имеют собственного объема, т.е. объем газа определяется объемом сосуда, в котором он находится. Газ оказывает на стенки сосуда давление, одинаковое во всех направлениях. Еще одним свойством газов является их способность смешиваться друг с другом в любых соотношениях.

Жидкости. Подобно газам, жидкости не имеют определенной формы. Жидкость принимает форму того сосуда, в котором она находится, при установившемся под влиянием силы тяжести некотором ее уровне. Однако в отличие от газа жидкость имеет собственный объем. Сжимаемость жидкостей очень мала. Для того чтобы заметно сжать жидкость, требуется очень высокое давление.

Твердые вещества. Твердые тела отличаются от жидкостей и газов наличием собственной формы и определенного объема. Сжимаемость твердых тел чрезвычайно мала даже при очень высоких давлениях.

Газообразному состоянию присущи две особенности:

1) расстояние между молекулами обычно в несколько раз превышает их размеры;

2) газы способны занимать весь объем предоставленного им пространства.

Газы в отличие от жидкостей и твердых тел могут сравнительно легко сжиматься. Для того чтобы хорошо понимать особенности строения газообразного вещества, нужно знать, чему равен молярный объем газа, какова взаимосвязь между занимаемым газом объемом и количеством вещества, температурой и давлением, как определить среднее расстояние между молекулами газа и как оно зависит от его давления, с какой скоростью двигаются молекулы газообразного вещества и от чего эта скорость зависит.

Молярный объем газа – постоянная величина, поскольку она мало зависит от природы вещества. Молярный объем при давлении 1 атм (101,3 кПа) и температуре 0 °С (273 K) по закону Авогадро равен 22,4 л. Газ, строго подчиняющийся закону Авогадро, принято называть идеальным.

Выбранные условия (1 атм, 0 °С) названы нормальными (н.у.). В школьных курсах химии и физики незначительными отклонениями свойств реальных газов от вытекающих из закона Авогадро для идеального газа пренебрегают. Естественно, что молярный объем газа зависит от температуры и давления. При 25 °С и давлении 1 атм (эти условия названы стандартными) молярный объем идеального газа равен уже 24,4 л.

Молярные объемы реальных газов при одних и тех же условиях несколько отличаются от молярного объема идеального газа (табл. 8.2).

Источник

Газообразное вещество имеет форму и объем. Реальные и идеальные газы

Агрегатные состояния веществ, их характеристика

В зависимости от внешних условий (температуры и давления) каждое вещество может находиться в одном из трех агрегатных состояний: твердом, жидком или газообразном .Эти состояния называются агрегатными состояниями .Для некоторых веществ характерно только два или даже одно агрегатное состояние. Например, нафталин, йод при нагревании в обычных условиях из твердого состояния переходят в газообразное, минуя жидкое. Такие вещества, как белки, крахмал, каучуки, имеющие огромные макромолекулы, не могут существовать в газообразном состоянии.

Газы не имеют постоянной формы и постоянного объема. Жидкости имеют постоянный объем, но не имеют постоянной формы. Твердые характеризуются постоянством формы и объема.

Характеристика газообразного состояния вещества

Для газов характеры следующие свойства:

Равномерное заполнение всего предоставленного объема;

Малая плотность по сравнению с жидкими и твердыми веществами и большая скорость диффузии;

Сравнительно легкая сжимаемость.

Эти свойства определяются силами межмолекулярного притяжения и расстоянием между молекулами.

В газе молекулы находятся на очень большом расстоянии друг от друга, силы притяжения между ними ничтожно малы. При низких давлениях расстояния между молекулами газа настолько велики, что по сравнению с ними размером молекул, а, следовательно, объемом молекул в общем объеме газа можно пренебречь. При больших расстояниях между молекулами практически отсутствуют силы притяжения между ними. Газ в таком состоянии называется идеальным .При нормальных условиях Т=273 0 К (0 0 С) и p=101,325 кПа реальные газы независимо от природы можно считать идеальными иприменять к ним уравнение состояния идеального газа (уравнение Клайперона-Менделеева):

где Р– давление газа,

n – количество вещества,

R – универсальная газовая постоянная (в единицах СИ R =8,314 Дж/мольК),

Т – абсолютная температура.

Реальные газы при высоких давлениях и низких температурах не подчиняются уравнению состояния идеального газа, так как в этих условиях начинают проявляться силы взаимодействия между молекулами и уже нельзя пренебрегать собственным объемом молекул по сравнению с объемом тела. Для математического описания поведения реальных газов используют уравнение Ван-дер-Ваальса:

(р + n 2 a/V 2) (V – nb) = vRT, (2.2)

где а и b – постоянные,

a/V 2 – поправка на взаимное притяжение,

b – поправка на собственный объем молекул,

n– число молей газа.

С увеличением давления и понижением температуры расстояния между молекулами уменьшаются, а силы взаимодействия увеличиваются так, что вещество из газообразного состояния может перейти в жидкое. Для каждого газа существует предельная критическая температура , выше которой газ не может быть превращен в жидкость ни при каком давлении. Давление, необходимое для сжижения газа при критической температуре, называется критическим давлением ,а объем одного моля газа при этих условиях критическим объемом .

Рис. 1. Изотермы реального газа

Состояние газа при критических параметрах называют критическим состоянием .В критическом состоянии исчезает различие между жидкостью и газом, они имеют одинаковые физические свойства.

Переход газа в жидкость можно показать графически. На рисунке 1 приведена графическая зависимость между объемом и давлением при постоянных температурах. Такие кривые называются изотермами. У изотерм можно выделить три участка: АВ, ВС, CD при низких температурах. АВ – соответствует газообразному состоянию, ВС – отвечает переходу газа в жидкость, CD – характеризует жидкое состояние. С повышением температуры участок ВС уменьшается и превращается в точку перегиба К, называемую критической точкой.

Газ — это состояние вещества, в котором оно не имеет соб-ственной формы и заполняет весь предоставленный ему объем; его молекулы находят-ся в постоянном хаотическом движении и взаимодействуют лишь при столкновениях меж-ду собой и стенками сосуда, в котором они находятся.

По молекулярным представлениям, газы состоят из атомов или молекул, расстояние между которыми значительно превышает их размеры. Именно поэтому силы взаимодей-ствия между молекулами газов практически отсутствуют, а следовательно, молекулы га-зов не удерживаются друг возле друга, а постоянно хаотически перемещаются. Вза-имодействие между ними фактически про-исходит лишь при кратковременных столк-новениях.

При обычных условиях собственный объем молекул газа значительно меньше объема сосуда, в котором он находится. В связи с этим газы легко сжимаются. Они не имеют собственной формы и заполняют весь объем сосуда, в котором находятся.

Большинство уравнений и законов спра-ведливы для идеального газа — упрощенной модели реальных газов. Прежде всего, это ка-сается взаимодействия между молекулами — оно должно быть настолько малым, что им можно пренебречь. При таких условиях учи-тывается лишь кинетическая энергия мо-лекул, поскольку потенциальная энергия их взаимодействия практически равна нулю.

Следующее ограничение касается разме-ра молекул. Поскольку взаимодействие моле-кул идеального газа сводится лишь к кратковременным столкновениям, то размер мо-лекул не влияет на давление и температуру газа. Поэтому молекулы идеального газа можно считать материальными точками.

Идеальный газ — это модель газа, которая предусматривает пренебрежение раз-мерами молекул и их взаимодействием; мо-лекулы такого газа находятся в свободном беспорядочном движении, иногда сталкива-ясь с другими молекулами или стенками сосуда, в котором они находятся. Материал с сайта

Реальные газы приобретают такие свойст-ва при значительном разрежении, когда сред-нее расстояние между молекулами намного больше их размера. При таких условиях практически отсутствуют силы притяжения, а силы отталкивания действуют лишь при кратковременных столкновениях молекул между собой.

Молекулярно-кинетическая тео-рия накладывает ряд ограни-чений на реальный газ , бла-годаря которым его можно счи-тать идеальным . Это газ, раз-мерами и взаимодействием мо-лекул которого можно пренеб-речь.

Источник

Газообразное состояние: характеристика, общий закон, примеры

Видео: Газообразное состояние: характеристика, общий закон, примеры

Видео: Физика — Газовые законы. Уравнение идеального газа.

Содержание:

В газообразное состояние Это агрегатное состояние вещества, в котором частицы удерживаются вместе за счет слабого взаимодействия, будучи способными двигаться во всех направлениях контейнера, в котором они находятся. Из всех физических состояний материи газообразное состояние проявляет наибольшую свободу и хаос.

Газы оказывают давление, переносят тепло и состоят из самых разных мелких частиц. Наша атмосфера и воздух, которым мы дышим, являются проявлением газообразного состояния здесь, на Земле.

Примерами газов являются парниковые газы, такие как водяной пар, двуокись углерода, метан или озон. Углекислый газ, который мы выдыхаем при дыхании, является еще одним примером газообразного вещества.

Например, жидкости и твердые тела не будут перемещаться за пределы их собственных материальных пределов, а газы этого не делают. Дым от сигарет, дымоходов и башен сам по себе демонстрирует, как газ поднимается и рассеивается в окружающей среде, не останавливая его.

Характеристики газообразного состояния

Не хватает объема или формы

Газообразное состояние характеризуется отсутствием определенной формы или объема. Если нет границ, чтобы сдерживать его, он распространится по атмосфере. Как и гелий, он улетит с Земли.

Газ может принимать только форму контейнера. Если баллон имеет цилиндрическую форму, газ будет иметь форму баллона.

Плохой проводник тепла

Это состояние также характеризуется плохим проводником тепла и электричества. Обычно он менее плотный по сравнению с твердым и жидким состояниями.

Поскольку большинство газов, таких как кислород и углекислый газ, бесцветны, вы можете определить их количество в контейнере, измерив их давление.

Реагенты

Газы, как правило, более реактивны, за исключением благородных газов, чем жидкости или твердые вещества, поэтому они потенциально опасны либо из-за опасности возгорания, либо из-за того, что они могут легко попасть в дыхательные системы людей.

Читайте также:  Вычислите объем водорода который выделится при взаимодействии 2 3 г натрия с соляной кислотой

Мелкие частицы

Газообразные частицы также обычно имеют небольшие размеры и представляют собой атомы или простые молекулы.

Например, водород, H₂, представляет собой очень маленькую молекулу, состоящую из двух атомов водорода. У нас также есть гелий He, атомы которого еще меньше.

Взаимодействия

Взаимодействия в газообразном состоянии незначительны. В этом он сильно отличается от жидкого и твердого состояний, в которых его частицы обладают высокой степенью сцепления и сильно взаимодействуют друг с другом. В молекулах, образующих жидкое и твердое состояния, едва ли существует определенный молекулярный вакуум между ними.

Частицы в газообразном состоянии очень далеко друг от друга, между ними большой вакуум. Это уже не вакуум в молекулярном масштабе. Расстояние, которое их разделяет, настолько велико, что каждая частица в газе свободна, безразлична к своему окружению, если только по своей хаотической траектории она не сталкивается с другой частицей или о стенку контейнера.

Если предположить, что контейнера нет, вакуум между частицами газа может быть заполнен воздухом, который толкает и увлекает газ в направлении его потока. Вот почему воздух, состоящий из газовой смеси, способен деформировать и разносить газообразные вещества по небу, если они не намного плотнее его.

Общий закон газообразного состояния

Экспериментальное изучение поведения и механики газов привело к появлению нескольких законов (Бойля, Шарля, Гей-Люссака), которые объединены, чтобы можно было предсказать, какими будут параметры любой газовой системы или явления, то есть каковы будут ее температура, объем. и давление.

Этот общий закон имеет следующее математическое выражение:

Где K — постоянная величина, P — давление, V — объем, а T — температура газа по шкале Кельвина. Таким образом, зная две переменные (скажем, P и V), можно решить третью, которая станет неизвестной (T).

Этот закон позволяет нам узнать, например, какой должна быть температура газа, заключенного в контейнер объемом V, чтобы показать давление P.

Если к этому закону мы добавим вклад Амадея Авогадро, то мы получим закон идеального газа, который также включает количество частиц, а вместе с ними и молярную концентрацию газа:

куда п соответствует количеству молей газа. Уравнение можно переписать как:

куда c — молярная концентрация газа (п/ V). Таким образом, из общего закона получается идеальный закон, который описывает, как связаны давление, концентрация, температура и объем идеального газа.

Примеры газообразного состояния

Газообразные элементы

Сама таблица Менделеева предлагает хороший репертуар примеров элементов, которые встречаются на Земле в виде газов. Между ними у нас есть:

Это не означает, что другие элементы не могут переходить в газообразное состояние. Например, металлы могут превращаться в газы, если они подвергаются температурам выше, чем их соответствующие точки кипения. Таким образом, могут быть газы из частиц железа, ртути, серебра, золота, меди, циркония, иридия, осмия; из любого металла.

Газообразные соединения

В следующем списке у нас есть несколько примеров газообразных соединений:

-Оксид углерода, CO

-Диоксид углерода, CO₂ (газ, из которого мы выдыхаем)

-Ammonia, NH₃ (жизненно важное вещество для бесконечных производственных процессов)

-Метан, CH₄ (бытовой газ, на котором готовится)

-Диоксид азота, НЕТ₂ (газ коричневого цвета)

-Фосген, COCl₂ (очень ядовитое вещество)

-Воздух (представляющий собой смесь азота, кислорода, аргона и других газов)

-Водяной пар, H₂Или (который входит в состав облаков, гейзеров, машинных испарителей и т. Д.).

-Пары йода, I₂ (газ пурпурный)

-Гексафторид серы, SF₆ (очень плотный и тяжелый газ)

-Хлористый водород, HCl (который при растворении в воде производит соляную кислоту)

Источник