第2章　氣體

本章基本要求

2-1　了解氣體分子運(yùn)動(dòng)理論，理解壓力和溫度的統(tǒng)計(jì)含義。

2-2　掌握理想氣體的狀態(tài)方程、道爾頓定律、阿馬格定律，了解理想氣體的微觀模型。

2-3　掌握實(shí)際氣體狀態(tài)范德華方程、壓縮因子的有關(guān)計(jì)算，了解實(shí)際氣體其他的狀態(tài)方程表達(dá)式。

2-4　了解實(shí)際氣體的液化與臨界性質(zhì)，了解對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理與普遍化壓縮因子圖。

物質(zhì)是由大量物理和化學(xué)性質(zhì)相同的粒子（particle）組成的，如分子（molecule）、原子（atom）、離子（ion）往往是組成物質(zhì)的粒子，物質(zhì)的宏觀性質(zhì)是其微觀粒子行為的宏觀反映。因此，研究物質(zhì)體系微觀粒子的行為對(duì)于物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)有著十分重要的意義。有限微觀粒子的結(jié)構(gòu)與行為的研究已經(jīng)成為物理化學(xué)的一個(gè)獨(dú)立分支學(xué)科——結(jié)構(gòu)化學(xué)。通過經(jīng)典技術(shù)方法研究大量粒子的行為揭示體系宏觀現(xiàn)象的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是基礎(chǔ)物理化學(xué)的經(jīng)典內(nèi)容——化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)。

在自然界中，按照組成物質(zhì)的粒子之間的距離不同，可以把物質(zhì)分為：氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)，對(duì)應(yīng)著我們經(jīng)常面對(duì)的研究對(duì)象：氣體、液體、固體。一般地，同種粒子組成的物質(zhì)氣態(tài)時(shí)粒子間的距離最大，液態(tài)次之，固態(tài)最小（也有反常，如水的不同狀態(tài)）。由于研究對(duì)象選擇的不同，會(huì)形成不同的研究方向或?qū)W科，如目前隨著材料科學(xué)發(fā)展而興起了固態(tài)物理化學(xué)。

歷史經(jīng)驗(yàn)與生活常識(shí)都表明，由簡到繁是科學(xué)的認(rèn)識(shí)規(guī)律，我們?cè)诒菊n程中同樣遵從這一規(guī)律。在這三態(tài)中，氣體最為簡單，人們認(rèn)識(shí)得也最清楚，氣體模型也更有利于我們認(rèn)識(shí)物質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此，我們的學(xué)習(xí)首先從認(rèn)識(shí)氣體的規(guī)律開始，其中，氣體中最簡單是理想氣體，故理想氣體是我們首先要認(rèn)識(shí)的對(duì)象。本章主要介紹氣體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，隨著學(xué)習(xí)的不斷深入，在后面的章節(jié)中介紹液體、固體及三態(tài)混合體系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

致學(xué)生：

由簡到繁可以看作是一種普遍的方法、定律，其適用范圍比任一物理定律都廣泛，高度重視并自覺應(yīng)用它，將使你受益終生。

便于與經(jīng)典理論表述一致，我們把組成物質(zhì)的性質(zhì)相同的微觀粒子稱為分子。在大量分子組成的宏觀體系中，一個(gè)基本的理論假設(shè)是分子運(yùn)動(dòng)論，即：物質(zhì)是由不停地運(yùn)動(dòng)著的分子所組成的，溫度是分子平均平動(dòng)動(dòng)能大小的標(biāo)志；氣體體系中大量氣體分子對(duì)容器器壁的碰撞而產(chǎn)生對(duì)容器壁的壓強(qiáng)。

思考：

2-1　社會(huì)體系的行為是否也表現(xiàn)出自然體系中的微觀粒子的行為規(guī)律呢？

由分子運(yùn)動(dòng)論得出的體系分子的性質(zhì)主要有三點(diǎn)：

①一切物體都是由大量分子構(gòu)成的，分子之間有空隙。

②分子處于不停息地、無規(guī)則運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這種運(yùn)動(dòng)稱為熱運(yùn)動(dòng)。

③分子間存在著相互作用的引力和斥力。當(dāng)分子間的作用力很小至可以忽略不計(jì)時(shí)，該氣體則可看作是理想氣體。

讓我們一起跟隨科學(xué)前輩們的前期研究發(fā)現(xiàn)來認(rèn)識(shí)物質(zhì)在氣體狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。