Question

物质的性质：气体

Answer 1

气体可以均匀地填充任何大小或形状的容器。

气体是一种物质状态，没有固定的形状，也没有固定的体积。气体的密度比其他物质的密度低，如固体和液体。粒子之间有很大的空间，它们有很大的动能，彼此之间没有特别的吸引力。气体粒子移动非常快，相互碰撞，导致它们扩散，直到它们均匀地分布在容器的整个体积。

气体只能被容器完全包围，或者被重力固定在一起。

当更多的气体粒子进入一个容器，就会有更少的空间让这些粒子散开，它们就会被压缩。粒子对容器的内部体积施加更大的力。这个力叫做压力。有几种表示压力的单位。最常见的有大气压(atm)、磅每平方英寸(psi)、毫米汞柱(mmHg)和帕斯卡(Pa)。这些单位以这种方式相互联系:1 atm = 14.7 psi = 760 mmHg = 101.3 kPa(1000帕斯卡)。

在合适的温度下，气体可以通过压缩转化为液体。但是，如果达到临界温度，无论施加多大的压力，蒸汽都不能液化。临界压力是指气体在临界温度下液化所需的压力。

气体的可测量性质

除压强(用P表示)外，气体还有其他可测量的性质:温度(T)、体积(V)和粒子数(用摩尔数(n或mol)表示)。在涉及气体温度的工作中，经常使用开氏温标。

由于温度和压力因地而异，科学家在计算和方程时使用一个标准参考点，称为标准温度和压力(STP)。标准温度是水的冰点——32华氏度(0摄氏度，或273.15开尔文)。标准压力是一个大气压(atm)，即地球上海平面上的大气压。

气体定律

温度、压力、气体的数量和体积是相互依存的，许多科学家已经制定了定律来描述它们之间的关系。

波义耳氏定律

以罗伯特·博伊尔的名字命名，他在1662年首次提出了这个概念。波义耳定律指出，如果温度保持不变，体积和压力呈反比关系;也就是说，随着体积的增加，压力会减少。

增加可用的空间会让气体粒子分散得更远，但这减少了与容器碰撞的可用粒子的数量，所以压力降低了。

容器体积的减小迫使粒子更频繁地碰撞，所以压力增加了。一个很好的例子就是你给轮胎充气。随着更多的空气进入，气体分子聚集在一起，减少了它们的体积。只要温度保持不变，压强就会增加。

查尔斯定律(吕萨克定律)

1802年，法国化学家和物理学家约瑟夫·路易斯·盖·吕萨克在一篇论文中引用了他的同胞雅克·查尔斯收集的数据，描述了恒定压强下气体的温度和体积之间的直接关系。大多数文献称其为查尔斯定律，但也有少数称之为盖-吕萨克定律，甚至是查尔斯·盖-吕萨克定律。

这一定律表明气体的体积和温度有直接关系:当温度增加时，当压力保持不变时，体积增加。加热气体会增加粒子的动能，导致气体膨胀。为了保持压力恒定，当气体被加热时，容器的体积必须增大。

这条定律解释了为什么永远不要加热密闭容器是一条重要的安全规则。增加温度而不增加容纳膨胀气体的体积意味着容器内的压力会增加，可能会导致爆炸。这条定律也解释了为什么火鸡吃完后温度计会跳出来: 随着火鸡内部温度的上升，柱塞下的空气量也会增加。

阿伏伽德罗常数

1811年，意大利科学家阿梅代奥·阿伏伽德罗提出了一个观点，即在相同的温度和压力下，相同体积的气体将具有相同数量的粒子，而不考虑它们的化学性质和物理性质。

理想气体常数

一摩尔气体每单位温度的动能是一个恒定值，有时称为勒尼奥常数，以法国化学家亨利·维克多·勒尼奥命名。勒尼奥研究了物质的热性质，发现波义耳定律并不完美。当物质的温度接近沸点时，气体颗粒的膨胀并不是完全均匀的。

理想气体定律

阿伏伽德罗数、理想气体常数、波义耳定律和查尔斯定律结合起来描述了一种理论上的理想气体，在这种气体中，所有的粒子碰撞都是绝对相等的。这些定律非常接近于描述大多数气体的行为，但由于实际颗粒大小的差异和实际气体中微小的分子间作用力，它们在数学上有非常微小的偏差。然而，这些重要的定律常常被合并成一个方程式，称为理想气体定律。利用这个定律，你可以求出任何其他变量的值——压强、体积、数值或温度——如果你知道其他三个变量的值的话。