9: Gas (Khí)
- Page ID
- 217654
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)Trong chương này, chúng ta xem xét các mối quan hệ giữa nhiệt độ khí, áp suất, lượng và thể tích. Chúng tôi sẽ nghiên cứu một mô hình lý thuyết đơn giản và sử dụng nó để phân tích hành vi thực nghiệm của khí. Kết quả của những phân tích này sẽ cho chúng ta thấy những hạn chế của lý thuyết và cách cải thiện nó.
- Giới thiệu
- Khí đã đóng một phần quan trọng trong sự phát triển của hóa học. Trong thế kỷ XVII và XVIII, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu hành vi của khí, cung cấp những mô tả toán học đầu tiên về hành vi của vật chất.
- 9.1: Áp suất khí
- Khí gây áp suất, là lực trên một đơn vị diện tích. Áp suất của một chất khí có thể được biểu thị bằng đơn vị SI của pascal hoặc kilopascal, cũng như trong nhiều đơn vị khác bao gồm torr, khí quyển và bar. Áp suất khí quyển được đo bằng phong vũ biểu; áp suất khí khác có thể được đo bằng một trong một số loại áp kế.
- 9.2: Áp suất, thể tích, lượng và nhiệt độ liên quan - Định luật khí lý tưởng
- Hành vi của chất khí có thể được mô tả bằng một số định luật dựa trên các quan sát thực nghiệm về tính chất của chúng. bao gồm định luật Amontons, định luật Charles, định luật Boyle và định luật Avogadro. Các định luật này có thể được trích xuất trực tiếp từ định luật khí lý tưởng.
- 9.3: Đo phân vị các chất, hỗn hợp và phản ứng ở thể khí
- Định luật khí lý tưởng có thể được sử dụng để suy ra một số phương trình thuận tiện liên quan đến các đại lượng đo trực tiếp với các tính chất quan tâm đối với các chất và hỗn hợp ở thể khí. Sự sắp xếp lại thích hợp của phương trình khí lý tưởng có thể được thực hiện để cho phép tính toán mật độ khí và khối lượng mol. Định luật Dalton về áp suất riêng phần có thể được sử dụng để liên hệ áp suất khí đo được đối với hỗn hợp khí với các thành phần của chúng.
- 9.4: Tràn dịch và khuếch tán khí
- Các nguyên tử và phân tử ở thể khí di chuyển tự do và ngẫu nhiên trong không gian. Khuếch tán là quá trình theo đó các nguyên tử và phân tử ở thể khí được chuyển từ vùng có nồng độ tương đối cao sang vùng có nồng độ tương đối thấp. Tràn dịch là một quá trình tương tự với các loài khí đi từ vật chứa sang chân không qua một lỗ nhỏ. Tốc độ tràn khí tỷ lệ nghịch với căn bậc hai của mật độ của chúng hoặc với căn bậc hai của khối lượng nguyên tử/phân tử của chúng.
- 9.5: Lý thuyết động học phân tử
- Lý thuyết phân tử động học là một mô hình đơn giản nhưng rất hiệu quả giải thích hiệu quả hành vi khí lý tưởng. Lý thuyết giả định rằng các chất khí bao gồm các phân tử được phân tách rộng rãi có thể tích không đáng kể chuyển động liên tục, va chạm đàn hồi với nhau và các thành của vật chứa của chúng với vận tốc trung bình được xác định bởi nhiệt độ tuyệt đối của chúng. Các phân tử riêng lẻ của một chất khí thể hiện một loạt các vận tốc.
- 9.6: Hành vi khí không lý tưởng
- Các phân tử khí có thể tích hữu hạn và chịu lực hút lẫn nhau. Do đó, hành vi của khí không nhất thiết phải được mô tả tốt bởi định luật khí lý tưởng. Trong điều kiện áp suất thấp và nhiệt độ cao, các yếu tố này không đáng kể, phương trình khí lý tưởng là một mô tả chính xác về hành vi của khí, và chất khí được cho là thể hiện hành vi lý tưởng. Phương trình van der Waals là một phiên bản sửa đổi của định luật khí lý tưởng có thể được sử dụng để giải thích cho hành vi không lý tưởng.
- Bài tập
- Đây là những bài tập về nhà để đi kèm với Textmap được tạo cho “Hóa học” bởi OpenStax. Các ngân hàng câu hỏi Hóa học đại cương bổ sung có thể được tìm thấy cho các Textmaps khác và có thể được truy cập tại đây. Ngoài những câu hỏi có sẵn công khai này, quyền truy cập vào ngân hàng vấn đề riêng tư để sử dụng trong các kỳ thi và bài tập về nhà chỉ dành cho giảng viên trên cơ sở cá nhân; vui lòng liên hệ với Delmar Larsen để có tài khoản có quyền truy cập.
Hình thu nhỏ: Miễn là bức xạ vật đen (không được hiển thị) không thoát ra khỏi một hệ thống, các nguyên tử trong quá trình khuấy động nhiệt sẽ trải qua các va chạm đàn hồi về cơ bản. Trung bình, hai nguyên tử bật lại từ nhau với cùng động năng như trước khi va chạm. Năm nguyên tử có màu đỏ nên đường chuyển động của chúng dễ nhìn thấy hơn. (Miền công cộng; Greg L qua Wikipedia)