大学物理化学授课课件第2章气体(本科专业)

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1、第2章Chapter2Gas气体本章教学内容2.1气体的性质2.2理想气体状态方程式2.3气体混合物及分压定律2.4气体分子运动论*2.5真实气体*2.6气体临界现象自然界中物质的种类繁多，在常温常压条件下，物质主要以气态（gaseousstate）、液态（liquidstate）和固态（solidstate）三种聚集状态存在。物质的状态组成物质的粒子主要是原子、分子或离子。在不同的温度和压力下，这些粒子之间的距离、粒子之间的相互作用力以及粒子的运动情况等各异，从而使物质在宏观上呈现出不同的聚集状态。近代

2、科学研究发现，在一定的条件下，物质的存在形态还有外观像气体的等离子态（plasma）和外观像液体的液晶态（liquidcrystal）。甚至还有超导态、超流态（如液氦）、超固态（如金属氢态）、中子星态等。物质处于什么样的状态与外界的温度、压力等条件有关。气态物质习惯上称为气体。气体无确定的形状和体积，容纳气体的容器的形状和体积，便是气体的形状和体积。原因在于气体分子间距离较远，分子间作用力较小，气体分子无规则运动，向各个方向扩散，能均匀地充满于整个容器。气体(Gas)液体如同气体，也是流体。液体分子间的平

3、均距离比气体分子间的距离小得多，而接近于固体，可压缩性也比气体小得多，与固体相似。因此，液体没有固定的形状，但有一定的体积，不能充满于整个容器。液体结构处于局部或近程有序、整体或远程无序的状态。液体(Liquid)固体(Solid)组成固体的粒子紧密地结合在一起而不能自由运动。因此，固体有一定的形状和体积，不能流动。一般在外力作用下，其形状和体积改变很小。组成固体的粒子若是作有规则的排列，则形成晶体；若排列是无规则的，则形成非晶体（无定形体）。当气体被加热至10000℃以上高温或被辐射后，原子可能会电离成

4、电子、离子和自由基，整个气体将成为带正电的离子和带负电的电子所组成的集合体，且正负电量相等，这种物质状态称为等离子体，也称为物质的第四态。等离子体(plasma)气体等离子体极光闪电霓虹灯银河系等离子体是宇宙间最广泛存在的一种物质状态。地球就象一方小绿洲，存在于等离子体的海洋中。液晶(liquidcrystal)某些物质在一定条件下既表现出液态的流动性，又有些类似晶体的光学性质，这就是液晶。热致液晶：有些物质被加热后，在一定温度范围形成的液晶称为热致液晶；溶致液晶：而有些物质是溶于适当的溶剂之中，在一定浓

5、度范围形成的液晶称为溶致液晶。液晶显示器液晶电视机在人的脑(brain)、肌肉(muscle)、肾上腺素(adrenalin)、卵巢(ovary)、神经髓梢、眼睛感光器的膜层等处都存在液晶结构。2.1气体的性质（thepropertyofgas)气体的基本物理性质为：1）扩散性；2）可压缩性。主要表现在：（1）气体可被压缩；（2）气体可产生压力；（3）气体产生的压力与容器中气体的量成正比；（4）气体产生的压力随气体温度的升高而增加；（5）气体没有固定的体积和形状；（6）不同的气体能以任意比例迅速、均匀的混

6、合；（7）气体的密度比液体和固体小很多。2.2理想气体状态方程式(theidealgasequation)2.2.1气体定律(gaslaw)波义耳定律(Boyle’sLaw)在一定温度下，一定量气体的体积与其压力成反比。其数学表达式为：V=k×1p或pV=k(P1V1=P2V2)查尔斯定律(Charles’sLaw)在一定压力下，一定量气体的体积与其温度成正比。其数学表达式为：V=k×T或VT=k阿伏伽德罗定律(Avogadro’sLaw)在一定温度和压力下，气体的体积与其物质的量成正比。其数学表达式为：

7、V=k×n2.2.2理想气体状态方程式(theidealgasequation)理想气体状态方程式：pV=nRTR—摩尔气体常数。R=pVnT==8.314kPaLK-1mol-1101.3kPa×22.414L1.0mol×273.15K=8.314J·mol-1·K-1在p=101.325kPa和T=273.15K（标准状态下），1.0mol任何气体的体积V都是22.414L，由此可推出摩尔气体常数R为：注意：单位理想气体分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略；气体分子之间没有相互吸引和

8、排斥作用。人们将符合理想气体状态方程式的气体，称为理想气体。低压高温下的气体均可看成是理想气体。理想气体的基本假设前提：1、计算p，V，T，n中的任一物理量2.2.3理想气体状态方程式的应用根据理想气体状态方程式：pV=nRT若已知p，V，T，n四个物理量中的任意三个，即可计算余下的那个未知物理量。应用范围：理想气体及温度不太低、压力不太高的真实气体。2、气体密度的计算pV=nRTn=pVRT=pVRTmM=pMRTmV=p