1.2. Характеристики атомов и молекул

Относительная атомная масса (А) химического элемента – отношение массы атома этого элемента к 1/12 массы атома ₆С¹² (изотопа углерода с массовым числом 12).

Относительная молекулярная масса (М,) вещества – отношение массы молекулы этого вещества к 1/12 массы атома ₆С¹².

Относительные атомная и молекулярная массы являются величинами безразмерными. Масса, равная 1/12 массы ₆С¹², называется атомной единицей массы (а.е.м.). 1 а.е.м. = 1,66*10^–27 кг.

Моль - количество вещества, в котором содержится число частиц (атомов, молекул, ионов, электронов или других структурных единиц), равное числу атомов в 0,012 кг изотопа углерода ₆С¹².

Число частиц, содержащихся в 1 моле вещества, называется постоянной Авогадро N_A. Численное значение постоянной Авогадро – N_A = 6,02*10²³ моль^–1.

Молярная масса (μ) – масса одного моля. μ измеряется в кг/моль. Молярная масса и относительная молекулярная масса связаны соотношением:

μ = М * 10^–3 (кг/моль) (1)

Число молей, содержащихся в массе m вещества, определяется формулой:

(2)

Если вещество представляет собой смесь, то молярная масса смеси рассчитывается как отношение массы смеси к количеству вещества всех компонентов, входящих в состав этой смеси:

(3)

где n – число компонентов.

Размеры атомов и молекул принято характеризовать эффективным диаметром d_эф, зависящим от химической природы вещества (d_эф ~ 10^–10 м).

Эффективный диаметр – это наименьшее расстояние, на которое сближаются центры двух молекул при столкновении. Его наличие говорит о том, что между молекулами действуют силы взаимного отталкивания.

1.3. Состояние системы. Параметры состояния

Системой тел или просто системой мы будем называть совокупность рассматриваемых тел. Примером системы может служить жидкость и находящийся в равновесии с ней пар. В частности, система может состоять из одного тела.

Всякая система может находиться в различных состояниях, отличающихся температурой, давлением, объемом и т. д. Подобные величины, характеризующие состояние системы, называются параметрами состояний.

Не всегда какой-либо параметр имеет определенное значение. Если, например, температура в разных точках тела неодинакова, то телу нельзя приписать определенное значение параметра T. В этом случае состояние называется неравновесным. Если такое тело изолировать от других тел и предоставить самому себе, то температура выравняется и примет одинаковое для всех точек значение Т – тело перейдет в равновесное состояние. Это значение Т не изменяется до тех пор, пока тело не будет выведено из равновесного состояния воздействием извне.

То же самое может иметь место и для других параметров, например для давления р. Если взять газ, заключенный в цилиндрическом сосуде, закрытом плотно пригнанным поршнем, и начать быстро вдвигать поршень, то под ним образуется газовая подушка, давление в которой будет больше, чем в остальном объеме газа. Следовательно, газ в этом случае не может быть охарактеризован определенным значением давления р и состояние его будет неравновесным. Однако если прекратить перемещение поршня, то давление в разных точках объема выравняется и газ перейдет в равновесное состояние.

Равновесным состоянием системы называется такое состояние, при котором все параметры системы имеют определенные значения, остающиеся при неизменных внешних условиях постоянными сколь угодно долго.

Состояние системы, которое характеризуется такими параметрами, как температура, давление объем, называется макроскопическим состоянием.

Если по координатным осям откладывать значения каких-либо двух параметров, то любое равновесное состояние системы может быть изображено точкой на этом графике (см., например, точку 1 на рис. 1). Неравновесное состояние не может быть изображено таким способом, потому что хотя бы один из параметров не будет иметь в неравновесном состоянии определенного значения.

Рис.1. Изображение термодинамического процесса в координатах давление-объем