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1、第八章气体固体和和液体的基本性质§8-1气体动理论和理想气体模型§8-2理想气体的压强和温度§8-3理想气体的内能§8-4麦克斯韦速率分布率§8-5范德瓦耳斯方程§8-6气体内的输运过程§8-7固体的性质及晶体结构的一般概念§8-8晶体中粒子的相互作用§8-9非晶态固体的结构和应用§8-10液体和液晶的微观结构§8-11液体的表面性质§8-1气体动理论和理想气体模型理想气体微观模型micro-modelofidealgas一、气体的分子状况从气体动理论的观点看，一个包含大量分子的气体系统中的分子
2、具有以下特点：1.分子具有一定的质量和体积如果系统包含的物质的量是1mol,那么系统中的分子数等于阿伏伽德罗常量NA=6.0221367×1023mol-1。如果所讨论的是氢气系统,1mol氢气的总质量是2.0×10-3kg，每个氢分子的质量则为3.3×10-27kg。可以用类似的方法估计分子的体积。1mol水的体积约为18×10-6m3，每个分子占据的体积约为3.0×10-29m3，一般认为液体中分子是一个挨着一个排列起来的，水分子的体积与水分子所占据的体积的数量级相同。在气态下分子的数密度比
3、在液态下小得多，在标准状况（或称标准状态，即温度为273.15K,压强为101325Pa）下，饱和水蒸气的密度约为水的密度的1/1000，即分子之间的距离约为分子自身线度的10倍。这正是气体具有可压缩性的原因。布朗运动1827年,英國植物學家布朗(R.Brown,1773-1858)用顯微鏡觀察到水中的花粉,發現花粉微粒不停地作不規則運動,這種運動後來稱為"布朗運動"。有科學家認為是一種生物現象,也有人認為是雄性生命的特性,亦有科學家認為是因加熱不均勻,而在液體中形成對流。直到19世紀70年代,
4、才有科學家用液體分子的熱運動給予正確的解釋。1905年,愛因斯坦和奧地利科學家斯莫路霍夫斯基(M.vonSmoluchowski)發表了對布朗運動的研究結果。證明微粒的運動是由於液體粒子從四面八方對他們的撞擊引起的,而且提出愛因斯坦公式。1908年,法國物理學佩蘭(J.B.Perrin,1870-1942)用實驗支持了愛因斯坦和斯莫路霍夫斯基對布朗運動的理論解釋,而且由此求得亞佛加多羅常數值(Avogradoconstant)NA=6.5x1023~7.2x10232.分子处于永不停息的热运动之
5、中布朗运动（Brownianmovement）。是分子热运动的间接证明。在显微镜下观察悬浮在液体中的固体微粒，会发现这些小颗粒在不停地作无规则运动，这种现象称为布朗运动。图8-1画出了五个藤黄粉粒每隔20s记录下来的位置变化。作布朗运动的小颗粒称为布朗微粒。布朗微粒受到来自各个方向的作无规则热运动的液体分子的撞击，由于颗粒很小，在每一瞬间这种撞击不一定都是平衡的，布朗微粒就朝着撞击较弱的方向运动。可见，布朗运动是液体分子作无规则热运动的间接反映。图8-1实验显示，无论液体还是气体，组成它们的分子
6、都处于永不停息的热运动之中。组成固体的微粒由于受到彼此间的较大的束缚作用，一般只能在自己的平衡位置附近作热振动。3.分子之间以及分子与器壁之间进行着频繁碰撞布朗微粒的运动实际上是液体和气体分子热运动的缩影，我们可以由布朗微粒的运动推知气体分子热运动的情景：在热运动过程中，气体系统中分子之间以及分子与容器器壁之间进行着频繁的碰撞，每个分子的运动速率和运动方向都在不断地、突然地发生变化；对于任一特定的分子而言，它总是沿着曲折的路径在运动，在路径的每一个折点上，它与一个或多个分子发生了碰撞，或与器壁上
7、的固体分子发生了碰撞。设想一个具有特定动量的分子进入气体系统中，由于碰撞，经过一段时间后这个分子的动量将分配给系统中每一个分子，并将分配到空间各个方向上去。由此可见，碰撞引起系统中动量的均匀化。同样，由于碰撞还将引起系统中分子能量的均匀化、分子密度的均匀化、分子种类的均匀化等。与此相应，系统表现了一系列宏观性质的均匀化。4.分子之间存在分子力作用由于分子力的复杂性，通常采用某种简化模型来处理。一种常用的模型是假设分子具有球对称性，并近似地用一个半经验公式来表示F=l/rs－g/rt（s>t）,（
8、8-1）式中r是两个分子中心的距离，l、g、s和t都为正数，可由实验确定。式中第一项为正值，表示斥力，第二项为负值，表示引力。由于s和t的数值都比较大（例如，对于非极性分子s=13，t=7），所以分子力的大小随分子间距的增大而急剧减小。一般认为分子力具有一定的有效作用距离，当分子间距大于这个距离时，分子力可以忽略，这个有效作用距离称为分子力作用半径。我们把式（8-1）所描述的分子力F与分子间距r的关系用图8-2表示，图中r0为分子中心的平衡距离，即当两个分子中心相距r0时，每个分子所受到的斥力和
