10: گازها
- Page ID
- 216006
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)در این فصل روابط بین دمای گاز، فشار، مقدار و حجم را بررسی می کنیم. ما یک مدل نظری ساده را مطالعه خواهیم کرد و از آن برای تجزیه و تحلیل رفتار تجربی گازها استفاده خواهیم کرد. نتایج این تحلیل ها محدودیت های تئوری و چگونگی بهبود آن را به ما نشان می دهد.
- 10.1: مقدمه
- گازها نقش مهمی در توسعه شیمی ایفا کرده اند. در قرن هفدهم و هجدهم، بسیاری از دانشمندان رفتار گاز را مورد بررسی قرار دادند و اولین توصیف ریاضی از رفتار ماده را ارائه دادند.
- 10.2: فشار گاز
- گازها فشار وارد می کنند که نیرو در واحد سطح است. فشار یک گاز ممکن است در واحد SI پاسکال یا کیلوپاسکال و همچنین در بسیاری از واحدهای دیگر از جمله تور، اتمسفر و بار بیان شود. فشار اتمسفر با استفاده از فشارسنج اندازه گیری می شود. سایر فشارهای گاز را می توان با استفاده از یکی از چندین نوع مانومتر اندازه گیری کرد.
- 3-10 مربوط به فشار، حجم، مقدار و دما - قانون گازهای ایده آل
- رفتار گازها را می توان با چندین قانون بر اساس مشاهدات تجربی خواص آنها توصیف کرد. از جمله قانون آمونتونها، قانون چارلز، قانون بویل و قانون آووگادرو. این قوانین را میتوان مستقیماً از قانون گاز ایدهآل استخراج کرد.
- 4-10: استوکیومتری مواد گازی، مخلوط ها و واکنش ها
- قانون گاز ایده آل می تواند برای استخراج تعدادی از معادلات مناسب مربوط به مقادیر اندازه گیری مستقیم به خواص مورد نظر برای مواد گازی و مخلوط استفاده شود. بازآرایی مناسب معادله گاز ایده آل ممکن است انجام شود تا امکان محاسبه چگالی گاز و جرم مولی فراهم شود. قانون فشار جزئی دالتون ممکن است برای ارتباط فشار گاز اندازه گیری شده برای مخلوط های گازی به ترکیبات آنها استفاده شود.
- 10.5: افیوژن و انتشار گازها
- اتم ها و مولکول های گازی آزادانه و تصادفی در فضا حرکت می کنند. انتشار فرآیندی است که در آن اتم ها و مولکول های گازی از مناطقی با غلظت نسبتاً زیاد به مناطقی با غلظت نسبتاً کم منتقل می شوند. افیوژن یک فرایند مشابه با عبور گونههای گازی از یک ظرف به خلاء از طریق یک روزنه کوچک است. نرخ افیوژن گازها با ریشه های مربعی چگالی آنها یا ریشه های مربعی جرم اتم ها/مولکول های آنها نسبت معکوس دارد.
- 10.6: نظریه سینتیک مولکولی
- نظریه مولکولی جنبشی یک مدل ساده اما بسیار موثر است که به طور موثر رفتار گاز ایده آل را توضیح می دهد. این نظریه فرض می کند که گازها از مولکول های به طور گسترده ای جدا شده از حجم ناچیز تشکیل شده اند که در حرکت ثابت هستند و به طور الاستیک با یکدیگر برخورد می کنند و دیواره های ظرف آنها با سرعت متوسط تعیین شده توسط دمای مطلق آنها تعیین می شود. مولکول های منفرد یک گاز طیف وسیعی از سرعت ها را نشان می دهند.
- 10.7: رفتار گاز غیر ایده آل
- مولکول های گاز دارای حجم محدودی هستند و نیروهای جاذبه ای را برای یکدیگر تجربه می کنند. در نتیجه، رفتار گاز لزوما به خوبی توسط قانون گاز ایده آل توصیف نمی شود. در شرایط فشار کم و دمای بالا، این عوامل ناچیز هستند، معادله گاز ایده آل توصیف دقیقی از رفتار گاز است و گفته می شود که گاز رفتار ایده آل از خود نشان می دهد. معادله واندروالس یک نسخه اصلاح شده از قانون گاز ایده آل است که می تواند برای محاسبه رفتار غیر ایده آل استفاده شود.
- 10.11: تمرینات
- اینها تمرینات مشق شب برای همراهی با TeXTMAP است که برای «شیمی» توسط OpenStax ایجاد شده است. بانک های پرسش و پاسخ شیمی عمومی تکمیلی را می توان برای سایر نقشه های متنی یافت و می توان در اینجا مشاهده کرد. علاوه بر این سوالات در دسترس عموم، دسترسی به بانک مشکلات خصوصی برای استفاده در امتحانات و تکالیف تنها به صورت فردی در دسترس است؛ لطفا با Delmar Larsen برای یک حساب کاربری با مجوز دسترسی تماس بگیرید.
- 10.12: مایعات و جامدات
- فاصله زیاد بین اتم ها و مولکول ها در یک فاز گازی، و عدم وجود فعل و انفعالات قابل توجهی بین آنها، امکان توصیف ساده بسیاری از خواص فیزیکی را فراهم می کند که برای همه گازها، صرف نظر از هویت شیمیایی آنها، یکسان است. همانطور که در آخرین ماژول فصل گازها توضیح داده شده است، این وضعیت در فشارهای بالا و دماهای پایین تغییر می کند - شرایطی که به اتم ها و مولکول ها اجازه می دهد تا به میزان بسیار بیشتری تعامل داشته باشند.
تصویر بند انگشتی: تا زمانی که تابش جسم سیاه (نشان داده نشده است) از یک سیستم فرار نکند، اتم ها در تحریک حرارتی تحت برخوردهای الاستیک قرار می گیرند. به طور متوسط، دو اتم با انرژی جنبشی مشابه قبل از برخورد از یکدیگر باز می گردند. پنج اتم به رنگ قرمز هستند، بنابراین مسیر حرکت آنها آسان تر دیده می شود. (دامنه عمومی؛ گرگ L از طریق ویکی پدیا)