2 Физическая химия

2.1 Агрегатное состояние вещества

Агрегатное состояние – важнейшая характеристика вещества. Обычно указывают агрегатное состояние при комнатной температуре, хотя большинство веществ при соответствующих изменениях температуры могут находиться в любом из агрегатных состояний. Важнейшие из параметров, определяющих агрегатное состояние – межмолекулярное взаимодействие и размеры молекул. Чем больше эти величины, тем вероятнее, что вещество будет твердым при комнатной температуре.

Изучая каждое из агрегатных состояний (газообразное, жидкое, твердое), сравните их между собой по расстоянию между молекулами, возможным способам перемещения молекул и силам межмолекулярного взаимодействия. Также проведите сопоставление понятий «реальный газ» и «идеальный газ», сравнив уравнение Ван-дер-Ваальса (Р + ) · (V – b) = n · R · T и уравнение Менделеева-Клайперона R · V = nRT, сделав упор на физическом смысле констант уравнений Ван-дер-Ваальса; здесь Р – давление, V – объем, Т – температура (по Кельвину) газа, а и b – константы. При изучении твердого состояния, обратите внимание на различие между кристаллическими и стеклообразными телами, сравните последние с жидкостями. Изучая жидкое состояние, постарайтесь уяснить физический смысл понятий поверхностное натяжение и вязкость.

Изучая молекулярно-кинетическую теорию газов, обратите внимание на ее важнейший вывод, связывающий параметры уравнения состояния со средней кинетической энергией движущихся молекул. В соответствии с выводами этой теории, PV = RT = Mu²; здесь М – масса моля газа; u² – среднее значение квадрата скорости.

2.2 Решение типовой задачи

1) Рассчитать скорость движения молекул водорода при температуре 25⁰С.

Решение: Основным выводом молекулярно-кинетической теории газов является установление связи между величинами PV = RT и средней кинетической энергией молекул газа , эта связь выражается формулой:

PV = RT = или RT = ,

где R – универсальная газовая постоянная, Дж/мольК;

Т – температура газа, К;

М – молярная масса газа (масса моля), кг;

u – средняя скорость движения молекул, м/с.

Таким образом, u = .

Рассчитываем значение u для молекулы водорода:

По условию М = 2 · 10^-3 кг/моль; Т = 25 + 273 = 298 (К);

R = 8,31 Дж/моль  К,

Тогда u = = 1927,32 м/с.

2.3 Задачи для контрольной работы

1 – 10 Кратко изложите, в чем различие и сходство между газообразным, жидким и твердым состоянием? Какие из собственных характеристик вещества определяют его агрегатное состояние при обычных условиях? Почему некоторые вещества не имеют всех трех агрегатных состояний? Приведите примеры. Используя для расчетов уравнение Менделеева - Клапейрона и закон Авогадро, проставьте в таблице 2 недостающие данные в соответствии со своим вариантом (в двух рядах таблицы!).

Таблица 2 Варианты контрольных заданий 1-10

№ задачи	Формула газа	Давление, атм.	Давление, Па	Число молей	Объем, л	Масса, кг	Число молекул	Т,К	t0,С
1,2 1,2,3 3,4 4,5 5,6 6,7 7,8 8,9 9,10 10	CO2 H2 N2 CH4 O2 Ne Cl2 CO NO N2O	5 2 1	105 104 106	0,5 2,5 0,75 1	20 10 30 100 40 2	0,040 0,5 1,2 0,35	6,02·1020	273 400 350 500 290	0 15 300 25

11 – 20 Как связано произведение PV(RT) с суммарной кинетической энергией молекул 1 моля газа? Какой физический смысл вкладывает молекулярно-кинетическая теория в понятие «температура» и «абсолютный нуль» (-273⁰С)? Используя выводы молекулярно-кинетической теории, рассчитайте недостающие в таблице 3 данные (в соответствии со своим вариантом).

Таблица 3 Варианты контрольных заданий 11-20

№ задачи	Формула вещества	Молек. масса, кг	Т,К	t,0C	Скорость движения молекул, м/с
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20	CO2 H2 N2 CН4 О2 Ne Cl2 CO NO N2O	0,032	298 300 450	40 20 30 100 -20	609,47 500,1 1000