在17世纪中叶,人们就对理想气体有研究,人们在研究气体性质时,发现了一些经验规律。
首先在1662年,波义耳发现,物质的量和温度恒定条件下,气体的体积和压力成反比,公式表示为pV=常数然后在100多年后,盖-吕萨克提出,物质的量和压力恒定,气体的体积与温度成反比,公式表示为V/T=常数在1869年,阿伏加德罗提出,在相同的温度和压力下,1mol任何气体都有相同的体积,公式表示为V/n=常数在上述三个公式基础上,科学家归纳出纯低压气体适用的理想气体状态方程,公式表示为pV=nRT。
公式中,p的单位Pa,V的单位m3,n的单位为mol,T的单位为K,R是一个比例常数,称为摩尔气体常数,R=8.314472Pa•m³/mol•K。
理想气体模型是研究低压气体导出的,而在实际研究气体时会出现偏差,当压力越低,用理想气体状态方程研究气体更准确。
并且,当分子间的相互作用非常小的时候,或者当分子间的间距比分子本身体积大很多时,用理想气体状态方程更准确,所以,综上来看,理想气体必须有以下特征,一是分子间无相互作用力;二是分子本身不占有体积。
也就是说,理想气体可以看做是真实气体在压力趋近于0的极限情况。
然而,我们都知道绝对的理想气体是不存在的。
用理想气体方程计算实际气体有偏差。
但是,用理想气体来研究真实气体是非常重要的。
我们通常根据实际气体的性质通过理想气体方程来研究真实气体方程。
事实上,真实气体状态方程=理想气体状态方程×校正系数。
真实气体状态方程有很多,大概几百种,都是根据气体的实际的性质,用理想气体状态方程推导得到。
这里我就介绍一下最有著名的范德华方程。
范德华方程是1873年提出的,这个方程的表示形式如下这个方程以理想气体方程为基础,对相关的项进行修正。
第一项,修正的是压强,真实气体要考虑分子间的压力,当某一个分子撞到器壁或者跟周围其它物质碰撞,分子的作用力就会减小,使实际的作用力比理想气体方程计算的压力就就小。
所以,在实际分子测压力时,必须加上由于分子间作用力而减小的压力才等于理想气体的压力。
我们把气体分子撞击器壁的碰撞看成弹性碰撞,碰撞产生的压力与气体浓度成正比。
所以,压力校正项为a(n/V)²。
压力项就如下第二项考虑体积,真实的气体分子是占有体积的。
所以,必须扣除分子体积占有的空间,才是理想气体的体积,体积项就如下这就是理想气体的重要作用,在实际气体研究中,对于研究真实气体方程有很大的意义,除了范德华方程,还有维里方程、R-K方程、贝塞罗方程等,这些方程都是以理想气体为基础,研究各种真实气体。



