Termodinamica stării agregate gazoase a materiei este o ramură importantă a fizicii care studiază echilibrul termodinamic și tranzițiile cvasi-statice în sisteme. Modelul principal pe care se bazează predicțiile privind comportamentul sistemelor este modelul gazului ideal. Cu utilizarea sa, a fost obținută ecuația Mendeleev-Clapeyron. Luați în considerare acest lucru în articol.
Gaz ideal
După cum știți, toate gazele reale constau din molecule sau atomi, ale căror distanțe sunt prea mari în comparație cu dimensiunea lor la presiuni scăzute. În plus, la temperaturi ridicate, la scară absolută, energia cinetică a moleculelor depășește energia lor potențială asociată cu interacțiuni dipol-dipol slabe (dacă, pe lângă aceste interacțiuni, există și alte tipuri de legături chimice, de exemplu, ionice sau hidrogen, atunci ele aduc o contribuție semnificativă la componenta potențială a energiei sistemului intern).
DatorităPentru multe gaze reale în condiții apropiate de normal, se pot neglija interacțiunile lor interne și dimensiunile particulelor. Aceste două aproximări principale constituie modelul de gaz ideal.
Ecuația lui Mendeleev în fizică
Este mai corect și mai corect să numim această ecuație legea Clapeyron-Mendeleev. Faptul este că a fost înregistrat pentru prima dată de inginerul francez Emile Clapeyron în 1834. El a făcut acest lucru analizând legile gazelor lui Boyle-Mariotte, Gay-Lussac și Charles descoperite la începutul secolului al XIX-lea.
Meritul chimistului rus Dmitri Mendeleev constă în faptul că a dat ecuației o formă matematică modernă și ușor de utilizat. În special, Mendeleev a introdus în ecuație o constantă pentru toate gazele R=8, 314 J/(molK). Clapeyron însuși a folosit o serie de constante empirice care îngreunează procesul de calcul.
Ecuația Mendeleev-Clapeyron se scrie după cum urmează:
PV=nRT.
Această egalitate înseamnă că produsul dintre presiunea P și volumul V din partea stângă a expresiei este întotdeauna proporțional cu produsul dintre temperatura absolută T și cantitatea de substanță n din partea stângă.
Expresia studiată vă permite să obțineți orice lege a gazelor dacă remediați doi dintre cei patru parametri ai săi. În cazul izoproceselor se studiază sistemele închise în care nu există schimb de materie cu mediul (n=const). Aceste procese sunt caracterizate printr-un singur parametru termodinamic fix (T, P sau V).
Exemplu de problemă
Acum să rezolvăm problema ecuației Mendeleev-Clapeyron. Se știe că oxigenul care cântărește 500 de grame se află într-un cilindru cu un volum de 100 de litri la o presiune de 2 atmosfere. Care este temperatura în balon, având în vedere că sistemul este în echilibru termodinamic.
Reamintim că, conform definiției, cantitatea unei substanțe se calculează prin formula:
n=m/M.
Unde m este masa tuturor particulelor din sistem, M este masa lor molară medie. Această egalitate ne permite să rescriem ecuația lui Mendeleev în următoarea formă:
PV=mRT/M.
De unde obținem formula de lucru pentru această sarcină:
T=PVM/(mR).
Rămâne să convertiți toate cantitățile în unități SI și să le înlocuiți în această expresie:
T=21013250, 10, 032/(0, 58, 314)=156 K.
Temperatura calculată este -117 oC. Deși oxigenul la această temperatură este încă gazos (se condensează la -182,96 oC), în astfel de condiții modelul de gaz ideal poate fi utilizat doar pentru a obține o estimare calitativă a valorii calculate.
