更新时间:2024-07-06 16:49
气体实验定律(experimental laws of gas),即关于气体热学行为的5个基本实验定律,也是建立理想气体概念的实验依据。这5个定理分别是:①玻意耳定律、②查理定律、③盖吕萨克定律、④阿伏加德罗定律、⑤道尔顿分压定律。
⑴内容:一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,压强与体积成反比。
⑵公式:pv=C或p1v1=p2v2
⑶条件:一定质量的气体在P—V图上的等温线是一条双曲线
一定质量的气体,当体积保持不变时,它的压强p随温度t线性地变化,即p=p0(1+apt)式中p0,p分别是0℃和t℃时气体的压强,ap 是体积不变的气体的压力温度系数。实验测定,各种气体的ap≈1/273°。
实验表明,对空气来说,在室温和大气压下,以上三条定律近似正确,温度越高,压力越低,准确度越高 ;反之,温度越低,压力越高,偏离越大。(以空气为例,在0℃,若压强为1大气压时体积为1升,即pV等于1大气压·升,则当压力增为500和1000大气压时,pV乘积增为1.34和1.99大气压·升,有明显差别。)另外,同种气体的av、ap都随温度变化,且稍有差别;不同气体的av、ap也略有不同。温度越高,压力越低,这些差别就小,常温下在压力趋于零的极限情形,对于一切气体,av=ap=1/273.15°。
一定质量的气体,当压强保持不变时,它的体积V随温度t线性地变化,即
V=V0(1+avt)式中V0,V分别是0℃和t℃时气体的体积;av是压力不变时气体的体膨胀系数。实验测定,各种气体的av≈1/273°。
在相同的温度和压力下,1摩尔任何气体都占有同样的体积。在T0=273.15K和p0=1大气压的标准状态下,1摩尔任何气体所占体积为V0=22.41410×10-3米3/摩尔(m3·mol-1)。它也可表述为:在相同的温度和压力下,相同体积的任何气体的分子数(或摩尔数)相等。在标准状态下,单位体积气体的分子数即J.洛喜密脱常量为n0=2.686773×1025m-3,因此,1摩尔气体所含分子数为
NA=6.0221367×10^23 mol-1称为阿伏伽德罗常量。根据摩尔的定义,组成物质系统的基本单元可以是原子,分子,也可以是离子,电子,其他粒子或这些粒子的特定组合。因此,阿伏伽德罗定律也可推广为,1摩尔任何物质所包含的基本单元数都等于阿伏伽德罗常量。
以上讨论限于化学纯气体。
混合气体的压力等于各成分的分压力之和。某一成分的分压力是指该成分单独存在时(即在与混合气体的温度、体积相同,且与混合气体中所含该成分的摩尔数相等的条件下,以化学纯状态存在时)的压力。
以上5个气体实验定律分别是1662年R·玻意耳、1785年J·A·C·查理、1802年盖吕萨克、1811年A·阿伏加德罗、1802年J·道尔顿提出的。