阿曼多·哈苏敦甘
生物学和医学视频
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在这个视频中 我们会讲到气体
气体的化学性质
所以我们从物质的状态开始讲起
气体在哪里
固体可以变成液体
把液体汽化就可以产生气体
例如 如果我们将水煮沸 气体就产生了
我们画一下这个容器
填充了气体粒子的立方体
气体粒子有两种类型
这些气体粒子正在四处游荡
气体分子或原子
能够在容器内自由运动
所以他们只是不停游荡
气体分子之间的吸引力
非常弱
所以它们
彼此之间没有任何吸引力
现在我们再画一个容器
这一次容器内只有一种气体粒子
现在假设每一个气体粒子撞击容器壁
然后产生作用力
容器内的气体撞击容器壁
并且会产生某种作用力
这些气体分子集体碰撞产生的作用力
叫做气压
所以现在气体有四个主要性质
其中一个性质就是我刚才讲到的 气压
当气体分子撞击容器壁时 就会产生气压
气体的另一个性质是体积
气体的体积等于容器的容积
很简单
例如 假设有一个干瘪的轮胎
我们想给它充气
如果我们推压充气泵
更多的气体粒子进入轮胎
就会增大气体体积
所以你看 气压和体积是相关的
如果气体粒子进入容器
气体体积就会增大
气体的另一种性质是温度
气体的温度
通常用开尔文计量
我们稍后再讲开尔文
但是温度
它与气体粒子的动力学有关
例如 如果温度升高
气压会随之增加
同时气体体积增大
反之 如果温度下降
气压相应减小
体积也减小
我们稍后会再次讲到
气体的最后一个性质是气体的量
本质上是
容器中存在的气体的量
气压可以用帕斯卡计量
我们缩写为Pa
我们可以用1 atm表示1个大气压
或者只是大气压
我们也可以用毫米汞柱计量气压
mmHg
汞元素是Hg
所以换算一下
1个大气压相当于
760毫米汞柱
1个大气压也约等于
100千帕
实际上是
101.3千帕
现在 让我们看一个例子
假设有一个罐子
罐子里面有一些气体粒子
气体粒子产生某种作用力
容器内的压力
是335毫米汞柱
请问
气压等于多少帕
等于几个大气压呢
我们已知760毫米汞柱
约等于100千帕 准确讲是101.3千帕
因此用帕计量的话
把它转换成帕
我们用335毫米汞柱
乘以
101.3千帕
再除以760毫米汞柱
我们就得出
以帕计量的结果
也就是
44651.9
帕
好的 我们检查看看算对了吗
已知
760毫米汞柱
约等于100千帕
现在是355毫米汞柱
大约是
760毫米汞柱的一半
所以我们得出的结果应该是
100千帕的一半
我们算出的结果确实如此
我们得出的结果是
44651.9
帕
现在 让我们计算一下
继续换算
将335毫米汞柱
换算成大气压
同样道理
因为我们知道
1个大气压
等于760毫米汞柱
所以用335毫米汞柱
乘以1个大气压
再除以760毫米汞柱
得出大气压的个数
也就是0.45个大气压
这个数字看起来也是正确的
因为这个值是
760毫米汞柱的一半
因此我们得出的结果应该是
半个大气压
目前我们得出的结果是0.45个大气压
接下来我们来看看
气压与体积的关系
例如 我们有一个带活塞的容器
当然 容器内有一些气体粒子
这些气体粒子产生气压
如果我们
用1个大气压推下活塞
这个活塞会维持在大约4升的位置
也就是说 体积是4升
产生的气压是
1个大气压
现在 如果我们继续向下推动活塞呢
如果我们把活塞推到2升的位置
并施加2个大气压
这就意味着
容器内有更多的碰撞
气体粒子产生更多碰撞
当然 体积是2升
但是气压已经增加
增加到了2个大气压
所以我们可以说
气压和体积成反比
体积的变化会改变气压
这就引出了玻意耳定律
它本质上是
体积与气压成反比
例如 如果体积翻倍
气压就会减半
所以玻意耳定律也可以表示为
恒温下的方程
只有在恒温下
等式为 P1 V1 气压1 体积1
等于气压2 体积2
P1 V1是初始气压和体积
P2 V2是最终的气压和体积
所以 举个例子
这个方程
在一个40升的气瓶里
氧气气压显示为25.7个大气压
恒温为21度
这是气压和体积的初始值
同样的气体会占多少升
在恒温21度 12个大气压下
所以我们知道
这个问题与气压和体积有关
所以我们用同样的方程
我们首先要检查一下
是否像现在这样 前提是在恒温条件下
P1 气压1
初始气压为25.7个大气压
体积1 初始体积为40升
气压2 最终气压
已知最终气压是12个大气压
我们需要计算的值是体积2
因为问的是多少升
现在我们要重新排列这个方程
这样就可以算出V2了
然后我们再调整方程 让它更好看一点
所以V2等于P1乘V1再除以P2
而我们要做的就是
将数值代入方程
所以用25.7乘以40升
再除以12
这就得出了体积2
也就是85.6升
我认为这是正确的
所以我们研究了玻意耳定律
研究了体积与气压的关系
现在我们来看看
体积与温度的关系
这是另一个容器
活塞推到了2升的位置
气体粒子在里面四处游荡
只产生了1个大气压
为了了解体积和温度之间的关系
气压和气体的量
必须是恒定的
记住
我们以开尔文计量温度
比如
这个容器的温度是200开尔文
体积为2升
我们知道
0摄氏度等于273开尔文
也就是说
200开尔文等于-73摄氏度
非常冷
现在我们看看
体积和温度之间的关系
如果气压恒定会怎样
在1个大气压下
将温度增加到400开尔文
这实际上会把活塞往上推动到4升的位置
因此体积为4升
由此我们可以得出结论
升高温度会使体积增加
这就引出了查理定律
该定律指出
气体体积v和温度直接相关
当气压恒定
且气体的量也保持恒定时
因此查理定律
也可以表示为方程
其中v1比温度1
都是体积和温度的初始值
等于体积2比温度2
也就是最终的体积和温度
例如 问题如下
根据玻意耳定律的前一个问题
气瓶的体积是多少
如果恒温为28度
假设气压不变
所以我们现在需要计算
最终的体积和温度
所以如果你还记得之前的问题
体积和温度的初始值
是40升 21度
因此我们知道
V1 体积1的初始体积等于40升
温度1是21摄氏度
但是我们不能用摄氏度来表示
我们必须把它转换成开尔文
所以我们要做的就是
用21摄氏度加上273
等于294开尔文
体积2
就是我们需要计算的值
因为题目问的是
气瓶的体积是多少
温度2是28摄氏度
因为我们的问题是问
温度是否恒为28摄氏度
再来
我们必须把28摄氏度转换成开尔文
所以我们加上273开尔文 等于301开尔文
我认为这是对的
所以我们把数值代入等式
但在那之前
我们必须重新排列方程来计算V2
所以我们现在得到这个等式
V2等于V1乘以T2再除以T1
然后我们代入数值
用40升乘以301开尔文
再除以294开尔文
约掉开尔文 我们得出41升
那么
气瓶的体积会是多少呢
如果温度为28度 体积则是41升
好的 现在
如果我们结合
这两条定律会怎样呢
玻意耳定律和查理定律
玻意耳定律是
体积与气压成反比
查理定律是
体积在某种程度上与温度成正比
现在 如果我们把这两条气体定律结合起来
我们会得出结论
体积与温度比压力成正比
或者我们可以把它写成一个方程
P1乘以V1再除以T1
等于P2乘以V2再除以T2
所有的下标为1的都是初始值
所有的下标为2的都是最终值
现在要掌握的一个重点是
标准状况
标准温度为0度或273.15开尔文
标准气压为760毫米汞柱
即1个大气压
或者101.3千帕
这就是气体的标准状况
缩写为STP
现在 让我们看一个示例问题
假设
例子中的气体体积
为800毫升
在45摄氏度和1.5个大气压下
气体的体积会是多少
在标准状况下
我们知道
气体的标准状况
大约是0摄氏度和1个大气压
我们实际上已经得出了最终的体积
因为它问的是体积
体积1是800毫升
气压1是1.5个大气压
温度1是45摄氏度
这些是初始值
但我们必须转换成开尔文
所以就转换成了318.15开尔文
我们正在计算体积2
标准状况下 气体体积是多少
所以压力2和温度2也必须在标准状况下
所以压力2等于1个大气压
因为我们用大气压计量
温度2是0摄氏度
但我们可以转换成开尔文
所以是273.15开尔文
现在我们用这个
结合玻意耳定律和查理定律
我们只需要重新排列等式 算出体积2
这就是我们得到的结果
V2等于 V1乘以 P1除以P2 乘以T2除以T1
因此 我们只需要把所有数值代入这个等式中
所以V2等于
800乘以1.5除以1
乘以273.15除以318.15
最后得出的结果1030.27毫升
我们已经看到
气压 温度和体积的变化
但是气体的量如何变化呢
这就是摩尔定律了
如果你记得的话 它讲的是摩尔
但是在气体中
任何一种气体的摩尔数都是一样的
在标准状况下
我们画一张图解释一下
假设我们有三个气球
填充了三种不同的气体
在标准状况下
也就是273.15开尔文
或者0摄氏度
1个大气压
现在 假设在1号气球里
填充了1摩尔的氧气
也就是说每摩尔氧气的质量为32g
在2号气球中 填充1摩尔的氮气
也就是每摩尔氮气的质量
因为我们有两个氮原子
所以氮气的质量是28g
然后是3号气球
填充了1摩尔氢气
也就是说氢气的质量为2g
有趣的是
它们都有相同的体积
在标准状况下
也就是22.4升
所以不管是哪种气体
如果它在标准状况下
它们的体积都是相同的
也就是22.4升
现在 让我们讲一下其他内容
我们来讲讲结合的气体定律
结合更多的气体定律
我们之前讲了结合的查理定律和玻意耳定律
P1乘以V1除以T1
等于P2乘以V2除以T2
这也是在标准状况下
但是如果结合其他定律会怎样呢
包含摩尔定律
这将引出所谓的理想气体定律
或者理想气体状态方程
PV等于nRT
其中P是气压 V是体积 n是物质的量
R是比例常数
与摩尔体积和温度比气压相关
这本身就很令人困惑
但本质上R是一个常数
R是每摩尔每开尔文8.314焦耳
所以如果我们使用这个常数
也就是说
我们必须以立方米为单位计量体积
以摩尔数为单位计量n
最后 对于T 也就是温度
我们用开尔文计量温度
现在我们可以计算气压 体积
气体的量或温度
只要已知另外3个值
例如 如果已知P V和T
我们计算出气体的量n
因为 记住 R是一个恒定的常数
再比如
如果我们要计算体积
我们必须已知P n和T
气体化学性质的第一部分到此结束
接下来我们会讲到理想气体定律和分压
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