Газовые законы
Газовые законы-это математические соотношения между температурой, давлением и объемом газов. Их правильное применение зависит от правильного выбора единиц измерения соответствующих величин. Поэтому мы начнем с обсуждения единиц измерения температуры, давления и объема.
Температура. В научных исследованиях используются две шкалы измерения температур. Абсолютная шкала температур, которую предложил Кельвин в 1848 г., использует в качестве единицы измерения кельвин (К). В любой абсолютной шкале измерения существуют только положительные значения измеряемой величины, а нуль в такой шкале означает полное отсутствие измеряемой величины. В абсолютной шкале температур точка О К называется абсолютным нулем.
Температурная шкала Цельсия не является абсолютной шкалой, так как в ней допустимы отрицательные значения температуры. Обе температурные шкалы сопоставляются на рис. 3.1. В международной системе единиц СИ единицей температуры является кельвин (см. приложение I). Эта единица используется во всех вычислениях с участием температуры. Отметим, что обозначение кельвина (К) не имеет символа градуса.
Перевод температуры из шкалы Цельсия в абсолютную шкалу требует добавления к первой численной величины 273,15. Однако разность температур одинакова в обеих шкалах и не требует численного пересчета. Например, повышение температуры на 10°С означает то же самое, что ее повышение на 10 К.
Давление. В качестве единицы измерения давления часто используется атмосфера (атм). Давление, равное 1 атм, создает земная атмосфера на уровне моря при температуре 0°С, поддерживая столбик ртути высотой 760 мм. Давление выражают также в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст., или мм Hg). При измерении низких давлений часто пользуются единицей, которая называется торр (по имени Э. Торричел-ли). 1 торр эквивалентен 1 мм рт.ст., следовательно, одна атмосфера эквивалентна 760 торр (1 атм = 760 торр).
Единица измерения давления торр названа по имени итальянского математика и физика Эванджелиста Торричелли. Он был секретарем Галилея, а затем унаследовал его должность придворного математика и философа у тосканского герцога Фердинанда II. В 1643 г. Торричелли установил, что атмосферное давление определяет высоту, до которой жидкость поднимается в трубке, перевернутой над тарелкой с той же жидкостью. Это привело к созданию барометра. Кроме того, он доказал, что скорость истечения жидкости из отверстия в сосуде пропорциональна квадратному корню из высоты уровня жидкости над отверстием (формула Торричелли).
Хотя в научных исследованиях используются все три названные единицы давления-атмосфера, мм рт.ст. и торр, строго говоря, ими можно пользоваться только для грубого сопоставления или при составлении численных отношений. В системе СИ единицей давления является паскаль (Па), который определяется как давление, создаваемое силой в один ньютон, действующей перпендикулярно к поверхности площадью в 1 м2 (1 Па = 1 Н/м2). 1 атм = 101 325 Па.
Объем. В системе СИ единицей объема является кубический метр (м3), а производными единицами см3 и дм3. Один литр равен 1 дм3 (1 л = 1 дм3).
Стандартные (нормальные) температура и давление. Как будет видно ниже, объем газа зависит от его температуры и давления. Поэтому, сравнивая объемы газов, необходимо уравнивать их температуру и давление. Принято указывать объем газа и другие физические свойства при определенных условиях-стандартных температуре и давлении. Стандартной температурой считается 273 К (0°С), а стандартным давлением до недавнего времени считалось значение 101 325 Па (т.е. 1 атм, или 760 мм рт.ст.). Однако в настоящее время принято считать стандартным давлением 100 кПа.
Давление стандартного состояния
В 1984 г. Международный союз чистой и прикладной химии (ИЮПАК) формально одобрил и опубликовал рекомендацию, предложенную Комиссией по термодинамике, согласно которой условное давление стандартного состояния для термодинамических данных должно быть изменено и принято вместо традиционной 1 атм (101,325 кПа) равным 100 кПа (1 бар). Изменение давления стандартного состояния не влияет на стандартные значения изменений энтальпии и энтропии твердых и жидких веществ. Однако оно немного изменяет табулированные значения молярной энтропии газов. Чтобы учесть эти изменения, было предложено заменить термин «нормальная точка кипения» (который означает температуру кипения жидкости при давлении 101 325 Па) термином «атмосферная точка кипения» (а. т. к.). Точка кипения жидкости при новом стандартном давлении (100 кПа) должна называться «барическая точка кипения» (б. т. к.).
Оглавление: