Количество вещества. Количество (совокупность) частиц (структурных единиц, элементов — атомов, молекул, ионов и т. п. ), содержащихся в теле, характеризуется числом частиц N, которое не имеет собственной единицы. Число частиц N — величина, имеющая большое числовое значение даже для тел малой массы (например, водород массой 2 г содержит число молекул порядка 10 23 ) и поэтому она мало пригодна для практических расчетов изменения запаса вещества в системе. В связи с этим возникла необходимость задавать количество частиц системы не числом отдельных частиц N, а числом укрупнённых порций таких частиц {}.
В качестве такой укрупнённой порции частиц принято брать число атомов, содержащихся в порции изотопа углерода 12 С массой 0,012 кг (12 г).
Это число частиц можно получить, если разделить массу m этой порции углерода на массу одного атома углерода m (12 C) = 1,992 648 210 -26 кг — по данным на 1987 год [ГСССД 1−87],.
NA = m/m (12 C) = 0,012 кг / 1,992 648 210 -26 кг = 6,22 136 710 23 . (1.12).
Этому числу частиц было присвоено наименование «число Авогадро» в честь итальянского физика Амедео Авогадро (1776−1856), сформулировавшего в 1811 г. закон (закон Авогадро), согласно которому в равных объёмах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое количество молекул Несмотря на то, что Авогадро ввёл новое для науки понятие «молекула»(от греч. — массочка) в 1811 году, только на химическом конгрессе 1860 года была принята резолюция, закрепляющая различные понятия атома и молекулы.
Порция вещества, соответствующая числу частиц N A = 6,22 136 710 23 , названа молем (моль), а физическая величина, характеризующая запас (количество) вещества в таких укрупнённых порциях, — количеством вещества, единичное значение которого [] в СИ так же названо молем.
Числовое значение количества вещества {} есть не что иное, как относительное число частиц — число укрупнённых порций частиц (молей), содержащихся в данном теле,.
- (1.13).
Именно так и следует пояснять смысл этой величины.
Если в уравнении (1.16) числовое значение количества вещества в соответствии с выражением (1.1) представить в виде, то можно установить связь между числом частиц N и количеством вещества :
(1.14).
где — постоянная Авогадро В настоящее время постоянную Авогадро обозначают символом NA, в основу которого положен символ N, используемый для обозначения числа частиц, что даёт основание, как это иногда встречается, постоянную Авогадро, имеющую единицу моль -1, называть числом Авогадро, не имеющим обозначения своей единицы. Чтобы избежать такой путаницы, постоянную Авогадро рекомендуется обозначать символом kA (по аналогии с обозначением постоянной Больцмана kБ), а число Авогадро — NA., равная отношению числа Авогадро N A к единице количества вещества [] = 1 моль.
Оценка риска здоровью человека при воздействии химических веществ ...
... концентрации атмосферного озона продолжаются. Проведение мероприятий, предупреждающих попадание загрязняющих веществ в ... контроль выбросов вредных веществ. Нужно заменять ... количества отходов, которые не утилизируются в смежных производствах, а выбрасываются в ... В крупных городах и промышленных центрах воздух, наряду с оксидами углерода и серы, часто загрязнен оксидами азота и твердыми частицами, ...
Из выражения (3.17) так же следует, что постоянная Авогадро равна молярному числу частиц.
Заметим, что если число Авогадро есть постоянная величина (N A = 6,22 136 710 23 ), то числовое значение постоянной Авогадро зависит от единицы количества вещества, например, для 1 кмоля kA = 6,22 136 710 26 , т. е в 1000 раз больше числа Авогадро.
Исходя из (1.17), получаем следующее уравнение связи для количества вещества:
; [] = 1 моль. (1.15).
Следовательно, количество вещества — физическая величина, характеризующая количество частиц (структурных единиц, элементов) системы в укрупнённых порциях этих частиц — молях.
Единицей количества вещества является моль — одна из основных единиц СИ, — определяемый как количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов (такую порцию частиц), сколько содержится атомов в изотопе углерода 12 С массой 0,012 кг.
С точки зрения современной физики термин «количество вещества» является довольно расплывчатым (многозначным) термином, что затрудняет понимание самой величины, именуемой таким термином. Учитывая широкое применение молярных величин, получаемых от деления какой-либо величины на количество вещества (например, молярный объём, молярная масса, молярная теплоёмкость и т. п. ), то целесообразно эту величину назвать «молярность вещества», или просто молярность Раньше термин «молярность» использовался для наименования величин, получаемых от деления количества вещества растворённого вещества (количества растворённого вещества) к объёму раствора. В настоящее время эту величину называют «молярная концентрация вещества», или «концентрация количества вещества». (термин мольность не подходит, так как происходит от наименования единицы физической величины моль).
Молярная масса. Отношение массы вещества к количеству вещества (молярности) называется молярной массой (кг/моль).
- . (1.16).
Рекомендуемые дольные единицы молярной массы — г/моль и кг/кмоль.
Д. И. Менделеева
Молярный объём. Отношение объёма однородного вещества к количеству вещества (молярности) называется молярным объёмом (м 3 /моль).
(1.17).
Молярный объём разрежённого газа при нормальных физических условиях (НФУ): T 0 = 273,15 K (0 o C) и p0 = 101 325 Па равен (по данным на 1986 год) = 22,414 110 -3 м 3 / моль = 22,4141 м 3 /кмоль [27].
Газообразные вещества и оборудование для газовой сварки
... в результате быстрого окисления. Ацетилен — бесцветный горючий газ, легче воздуха, со слабым эфирным запахом — представляет собой химическое соединение углерода и водорода. Технический ацетилен, применяемый для газовой сварки ... химические соединения почти со всеми веществами. При газовой резке кислород применяется для ... защитных очков приводит к ожогам тела и заболеванию глаз. Для производства ...
Газовые постоянные. Путём объединения (обобщения) газовых законов Гей-Люссака и Бойля-Мариотта можно получить следующее соотношение.
pV/T = const = Rтела
из которого следует, что для данного количества (данной массы) газа при малых давлениях отношение произведения давления на объём к термодинамической температуре есть величина постоянная. Эту постоянную величину, поскольку она относится ко всему телу (системе), назовём газовой постоянной тела (газообразного тела) и обозначим R тела .
Отношение газовой постоянной тела к массе газа называется удельной газовой постоянной, Дж /(кгК),.
R = R тела /m. (1.19).
Отношение газовой постоянной тела к количеству вещества (молярности) газа называется молярной (универсальной) газовой постоянной, Дж/(мольК),.
- (1.20).
Решая совместно уравнения (1.20), (1.21) и (1.23), можно выразить молярную газовую постоянную через параметры состояния и вычислить её значение по соответствующим значениям параметров состояния, например, для значений параметров состояния при нормальных физических условиях (по данным на 1986 г) [27].
= 101 32 522,414110 -3 / 273,15 = [26, https:// ].
= 8,314 51 Дж/(мольК) = 8314,51 Дж/(кмольК).
Поскольку молярный объём при НФУ для всех разрежённых газов имеет одинаковое значение, то и молярная газовая постоянная для всех газов также имеет одинаковое значение. Это дало основание называть эту газовую постоянную универсальной газовой постоянной. Однако этот термин не соответствует уравнению связи (1.23) для молярной газовой постоянной и поэтому считается устаревшим.
Решая совместно уравнения (1.22), (1.23) и (1.19), можно установить связь между удельной и молярной газовыми постоянными.
- (1.21).
Используя это соотношение, определим в качестве примера удельную газовую постоянную водорода (M H2 = 2,15 810 — 3 кг/моль).
R H2 = 8,31 451 / 2,15 810 — 3 = 4124,670 Дж/(кгК).
Удельная газовая постоянная водяного пара (M H2O = MH2 + MO = 2,0158 + 15,9994 = 18,0152 кг/кмоль) в соответствии с (3.24).
R H2O = 8314,51 / 18,0152 = 461,5275 Дж/(кгК).
Для сравнения удельная газовая постоянная воздуха R воз ?287?Дж/(кгК).
Отношение газовой постоянной тела к числу молекул газа можно назвать молекулярной газовой постоянной.
RN = Rтела /N, [RN ] = 1 Дж/К. (1.22).
Молекулярная газовая постоянная определяет «долю» газовой постоянной тела, приходящуюся на одну молекулу.
Если R тела выразить с помощью (1.23) через молярную газовую постоянную, то с учётом (1.17) получим.
- (1.23).
Отношение двух констант даёт новую константу, которую принято называть постоянной Больцмана.
= 8,31 451/6,22 136 710 23 = 1,38 065 810 -23 Дж/К.
Следовательно, в соответствии с выражением (1.26), постоянная Больцмана есть не что иное, как молекулярная газовая постоянная, определяемая отношением газовой постоянной тела к числу молекул газа (1.25).
Совершенствование технологии использования продувочных газов ...
... металлоемкость дают предпосылки для постоянного улучшения технологии производства синтетического аммиака. Основными направлениями модернизации являются ... более тяжелые углеводороды, азот, углекислый газ, благородные газы, сероводород. Технология получения водорода включает ... работы является увеличении доли переработки сырья и разработка технологии получения новых продуктов процесса синтеза аммиака. ...
Разновидности записи уравнения состояния идеального газа. Уравнение, выражающее связь между параметрами равновесного состояния термодинамической системы или локально равновесных её частей, F (p,, T) = 0 называется уравнением состояния.
В связи с данным определением уравнение (1.21) pV/ T = R тела является уравнением состояния идеального газа. С учётом введённых газовых постоянных это уравнение можно записать в следующих видах:
- через газовую постоянную тела.
R тела pV = Rтела T; (1.24).
- через удельную газовую постоянную R (виды уравнения Клапейрона):
- для газа объёмом V pV = mRT; (1.25).
для удельного объёма (1.26).
и для плотности; (1.27).
- через молярную газовую постоянную (виды уравнения Менделеева):
- для количества вещества (молярности); (1.29).
для молярного объёма
- через молекулярную газовую постоянную R N , или через постоянную Больцмана kБ
для числа молекул N pV = N R N T = N kБ T (1.31).
и для концентрации частиц NV p = NV RN T = NV kБ T. (1.32).
Молекулярный смысл газовых постоянных. Исследуя на максимум функцию распределения Максвелла, в курсах физики получают следующее выражение для наиболее вероятной скоростиНаиболее часто встречающейся скорости молекул (около этой скорости группируются скорости наибольшего числа молекул газа).
поступательного движения молекул [18]:
где m м — масса молекулы.
Откуда можно найти наиболее вероятную КЭ поступательного движения отдельной молекулы при температуре T.
E вер = Eвер.пост = mм c 2 вер / 2 = kБ T. (1.34).
Разделив обе части этого выражения на температуру T, получим.
где = (E вер ) T = 1 K = kБ .(1 K) = 1,380 65 810 — 23 Дж (1.36).
- наиболее вероятная единичная по температуре, т. е. взятая при единичной температуре Т = 1 К, кинетическая энергия поступательного движения молекулы.
Из выражения (1.38) можно дать такой физический смысл постоянной Больцмана k Б : постоянная Больцмана численно равна наиболее вероятной КЭ поступательного движения одной молекулы при температуре 1 К, или 1 / 273,16 части наиболее вероятной КЭ поступательного движения отдельной молекулы идеального газа, находящегося в термодинамическом равновесии с водой в тройной точке (короче, постоянная Больцмана численно равна единичной по температуре наиболее вероятной кинетической энергии отдельной молекулы).
Определении молярной газовой постоянной для любых газов берётся одно и то же число молекул, равное числу Авогадро, то и значение молярной газовой постоянной для всех газов имеет одинаковое значение; отсюда и первоначальное наименование этой величины — универсальная газовая постоянная.
Измерение температуры
... измерения температуры Температурой называют величину, характеризующую тепловое состояние тела. Согласно кинетической теории температуру определяют как меру кинетикой энергии поступательного движения молекул. Отсюда температурой ... Целью данной курсовой работы является построение системы измерения температуры в технологическом аппарате и выводе температурной шкалы. Температурой называют величину, ...
