物质的状态

气态

气体特性

气体是高度可压缩的。
气体在各个方向上施加的压力相等。
与固体和液体相比，气体的密度要低得多。
气体没有固定的体积和形状。
在没有机械辅助的情况下，气体以各种比例均匀而完全地混合。

波义耳氏定律
(压力-容积关系)

在一定温度下，一定量气体的压力(摩尔数)与其体积成反比。

如果p是压强V是体积那么在恒定的T和n下

“p∝1 / V”

或者,“p = k1 / V”

或者pV=k .................(1)

其中，k是比例常数。这个方程意味着在恒定温度下，一定量气体的压力和体积的乘积是恒定的。

我们假设，对于一定量的气体，在恒定温度下体积是V₁压强是p₁．膨胀后，体积变为V₂压强变成p₂．然后，根据波义耳定律

' p_1V_1=p_2V_2 ' =常数

或者,”(p_1) / (p_2) = (V_2) / (V_1) '

我们知道密度与质量和体积是通过这个关系联系起来的。

' d = m / V '

所以,“V = m / d '

把这个值代入方程(1)得到

“p、m / d = k '

或者,“p \ m = kd '

这表明，在恒定温度下，压力与固定质量气体的密度成正比。

查理定律
(Temperature-Volume关系)

在恒定压力下，固定质量气体的体积与其绝对温度成正比。

“V∝T”

或者，' V/T=k ' ...............(2)

其中，k是比例常数。

查尔斯观察到，对于所有气体，在任何给定的压力下，体积与温度的曲线是一条直线。当这条线延伸到零体积时，每条线在-273.15℃时与温度轴相交，气体体积在此温度下变为零。换句话说，气体在这个温度下就不存在了。事实上，所有的气体在达到这个温度之前就液化了。这个温度叫做绝对零度．假定气体体积为零的最低温度称为绝对零度。所有气体在极低压力和高温下都遵守查尔斯定律。

绝对温标

在实验中，Charles和Guy Lussac发现温度每升高一度，气体在0℃时的体积增加1/(273.15)。因此，如果气体在0℃时的体积为V₀在t℃时是V_t然后,

' V_t = V_0 + 1 / (273.15) V_0的

或者,' V_t = V_0 (1 + t /(273.15))”

或者,“V_t = V_0 ((273.15 + t) /(273.15))”

这里定义了一个新的温度刻度。在这个尺度上，t°C为t = 273.15 + t, 0°C为t₀= 273.15。这种新的温标被称为开尔文温标或绝对温标。

盖·吕萨克定律
(由于关系)

在体积恒定的情况下，一定量气体的压力随温度的变化而变化。

“p∝T”

或P/T=k ...........(3)

阿伏伽德罗定律
(Volume-Amount关系)

在相同的温度和压力条件下，相同体积的气体含有相同数量的分子。

“V∝n”

或者，' V=kn ' .....................(4)

我们知道1mol气体的分子数是6.022 × 10²³．这也被称为阿伏伽德罗常数。

标准温度和压力平均为273.15 K(0°c)和1 bar(或10⁵Pa)。理想气体或理想气体组合的STP摩尔体积为22.70198 L mol¹．

气体的摩尔数可以计算如下:

“n = m / m”

将这个值代入式(4)得到

或者,“V =公里/ M”

或者,“M =公里/ V = kd”

这里d是密度。因此，可以得出结论，气体的密度与它的摩尔质量成正比。

理想气体方程

严格遵循波义耳定律、查尔斯定律和阿伏伽德罗定律的气体称为理想气体。这种气体是假想的。

这三个定律可以组合成一个方程，这个方程称为理想气体方程。

波义耳定律:T和n不变时:' V∝T /p '

查理定律:恒定p和n时:' V∝T '

阿伏伽德罗定律:恒定的p和T: ' V∝n '

所以,“V∝(nT) / p”

或者,“V = R (nT) / p”

或者,“光伏= nR \ T”

或者,' R = (pV) / (nT) '

R被称为气体常数或通用气体常数，因为它对所有的气体都是一样的。

在恒定的温度和压力下，n摩尔的任何气体都有相同的体积，因为:

“V = (nR \ T / p”

理想气体在STP (273.15 K, 1 bar)条件下的体积为22.710981 L mol¹．一摩尔理想气体的R值可计算如下:

' R = ((10 ^ 5 pa) (22.71 xx10 ^ (3) m ^ 3)) /((1米)(273.15 k))”

= 8.314 Pa m^3.K¹摩尔¹

= 8.314 × 10²bar L K¹摩尔¹

= 8.314 j k¹摩尔¹

联合气体定律

如果一定量气体的温度、体积和压力从T变化₁, V₁和p₁T₂, V₂和p₂则理想气体方程为:

”(p_1V_1) / (T_1) = nR '

和“(p_2V_2) / (T_2) = nR '

或者,”(p_1V_1) / (T_1) = (p_2V_2) / (T_2) '

这个方程叫做联合气体定律。

气体的密度和摩尔质量

理想气体方程可写成:

' n / V = p / (RT) '

我们知道n=m/ m。把这个代入上面的方程，得到

“米/ (MV) = p / (RT) '

或者,' d / M = p / (RT) '

或者,“M =(博士\ T / p”