Lớp 10

Khí lý tưởng và khí thực

Áp suất, thể tích, nhiệt độ và lượng khí liên hệ với nhau thế nào, và vì sao khí thực lệch khỏi định luật lý tưởng.

1 THCS 2 THPT 3 Đại học 4 Nâng cao 5 Nghiên cứu

Trực giácTrực giác: các hạt ở xa nhau

Trong chất khí, các hạt ở xa nhau và chuyển động tự do. Đun nóng thì các hạt chuyển động nhanh hơn và đẩy vào thành bình mạnh hơn; nén vào thể tích nhỏ hơn thì chúng va vào thành bình thường xuyên hơn.

PV = nRT

Định nghĩa: Khí lý tưởng

Chất khí mà các hạt không có thể tích và không hút nhau. Nó tuân theo $PV = nRT$ với $R = 0{,}08314\ \text{L·bar·mol}^{-1}\text{·K}^{-1}$ và $T$ tính bằng kelvin.

Giảm thể tích hoặc tăng

T

rồi nhìn các hạt: áp suất hiển thị tính từ

PV = nRT

, còn các hạt (không va chạm với nhau) cho thấy vì sao nó thay đổi.

Kéo

V

T

và

n

. Chuyển sang

\ce{CO2}

hoặc

\ce{He}

(van der Waals) và so với đường lý tưởng nét đứt.

Phổ thôngMức phổ thông: các trường hợp đặc biệt

Ở nhiệt độ không đổi $P \propto 1/V$ (Boyle). Ở áp suất không đổi $V \propto T$ (Charles), và ở thể tích không đổi $P \propto T$ (Gay-Lussac), với $T$ tính bằng kelvin. Ở cùng $T$ và $P$ , các thể tích bằng nhau chứa số phân tử bằng nhau (Avogadro).

Ví dụ: 1 mol trong 10 L

1 mol khí lý tưởng ở 300 K trong bình 10 L gây áp suất bao nhiêu?

Lời giải

$P = nRT/V = 1 \times 0{,}08314 \times 300 / 10 \approx 2{,}49$ bar, đúng với giá trị hiện trên đồ thị.

Đại họcĐại học: khí thực

\left(P + \frac{a\,n^2}{V^2}\right)\left(V - nb\right) = nRT

Phương trình van der Waals thêm hai hiệu chỉnh: $b$ cho thể tích của các hạt và $a$ cho lực hút giữa chúng. Với $\ce{CO2}$ , $a = 3{,}64\ \text{L}^2\text{·bar·mol}^{-2}$ và $b = 0{,}0427\ \text{L·mol}^{-1}$ ; đường cong của nó lệch khỏi đường lý tưởng ở thể tích nhỏ và nhiệt độ thấp.