2012年6月24日 星期日

道耳頓分壓定律

1.分壓和總壓
若混合氣體置於容器中且彼此間不發生作用,則混合氣體對器壁所產生的壓力稱為總壓;而各成分氣體單獨存在於同咦氣體中所產生的壓力稱做分壓

2.道耳頓分壓定律
定溫下,彼此間不發生作用的混合氣體,在容器中的總壓等於各成分氣體的分壓和


3.各氣體混合若發生化學反應,則混合後之總壓並非道耳頓分壓定律之直接結果,需經化學劑量處理後,得知最後存在氣體之總壓

理想氣體與真實氣體之比較

1.理想氣體的表現
氣體粒子本身所占體積為零,彼此間為彈性碰撞(即碰撞前後動能不變),且粒子間無吸引力,因此PV=nRT又稱為理想氣體方程式

2.真實氣體
(1)真實氣體的粒子占有體積,且粒子間具吸引力,故理想氣體與真實氣體之性質稍有差距。
理想氣體遵守PV=nRT,真實氣體則否;
理想氣體粒子間無吸引力真實氣體則否;
理想氣體本身無體積真實氣體則否;
理想氣體不能液化真實氣體則否;
理想氣體有質量真實氣體亦同;
理想氣體在絕對零度時無體積真實氣體在絕對零度時則否。


(2)真實氣體趨近於理想氣體的條件
當溫度高壓力低時,氣體交能遵循理想氣體方程式;
粒子間的吸引力亦與氣體種類有關,如氫氣、氦氣、氖氣、氬氣、氮氣、氧氣等氣體因粒子間引力小、難液化,在常溫常壓下較接近理想氣體

理想氣體方程式

1.公式推導
此方程式由波以耳定律、查理定律及亞佛加厥定律整合而來
波以耳定律:P(壓力)V(體積)=常數
查理定律:V/T(絕對溫度)=常數
亞佛加厥定律:V/n(莫耳數)=常數

因此得到PV=nRT,其中R通常稱為理想氣體常數

2.理想氣體常數
通常採用0.082atm*L*mol^(-1)*K^(-1)

3.應用及衍生式
(1)可利用n=W(質量)/M(分子量),將理想氣體方程式轉變成PV=WRT/M,借此求M
(2)PV=WRT/M移項得出PM=(W/V)RT再轉變成PM=DRT,借此求D(密度)

氣體粒子的運動模式

1.氣體例子模型的假設(1857年由 Rudolf Clausius 提出)
(1)氣體粒子是由極小粒子組成
(2)氣體粒子間的距離遠大於粒子本身大小,氣體粒子本身體積可忽略不計
(3)氣體粒子以任意方向,持續不停撞擊器壁而施加壓力於容器上
(4)氣體粒子單獨行動,互不影響,因此氣體粒子間之引力及斥力均小,可忽略不計
(5)氣體粒子的平均速率與絕對溫度有關,溫度愈高,平均速率愈大
(6)氣體粒子彼此與器壁間為彈性碰撞


2.氣體粒子碰狀容器壁產生壓力
器壁所受壓力大小取決於單位時間內撞擊器壁的次數及單位面積上碰撞力的大小,因此定容下,單位時間碰撞器壁次數增大而使得氣體壓力增大。

3.氣體粒子的速率
(1)氣體粒子在容器內彼此碰撞,造成某些粒子速率較快,某些較慢,因此同一溫度,氣體粒子之速率並非完全相同。一般所指的氣體粒子速率均為其平均速率。
(2)溫度可改變速率分部曲線。低溫時,速率分布曲線較為狹窄,平均速率較小;溫度增高時,曲線較寬廣,但整個曲線往高速率方向偏移,使得平均速率增大

氣體的性質與大氣壓力

1.氣體的通性
(1)氣體具有控散、膨脹及可壓縮的通性,主要歸因於氣體粒子間的距離遠大於粒子本身的大小。因此每個氣體粒子好像不受其他粒子約束般快速自由運動,結果不同種類的氣體便表現出極類似的行為。
(2)氣體較容易量測的性質有體積、溫度及壓力。依據我們為籃球充氣的經驗,洩氣的籃球經充氣後即可變硬,且充氣愈多籃球愈硬,原因是因為籃球內的氣體粒子數增加,而使壓力增加而變硬。


2.大氣壓力
(1)壓力(pressure,縮寫為P)為單位面積(area,縮寫為A)所承受的力(force,縮寫為F),可表示如下:P=F/A。
(2)大氣施於海平面的壓力,稱做大氣壓力,即在1平方公尺的面積上所承受的力(F)為氣體質量(m)乘以重力加速度(g,9.8公尺/秒^2) 。
(3)十七世紀,科學家托里切利所設計的氣壓計可用來測量大氣壓力。
(4)我們將一標準大氣壓訂在溫度為攝氏0度,緯度45度海平面上的氣壓,簡稱1大氣壓(1atm),它的數值為760mmHg。為紀念托里切利,我們將毫米汞柱稱為托(torr),即:1atm=76cmHg=760mmHg=760torr=1.013*10^5N/m^2=1.013*10^5Pa=10^3hPa
標準國際單位SI制將帕斯卡(簡稱為帕、Pa)訂為壓力的單位,即1Pa=1N/m^2。


3.氣體壓力計
實驗室中常用水銀氣壓計測量氣體壓力,水銀氣壓計可分為開口式及閉口式。
(1)閉口式氣壓計:用來測量壓力較小的氣體。
將裝入水銀的U型管一端連接於裝有待測氣體的容器上,另一端為封閉真空。
當容器內為真空時兩邊水銀高度會相等,若於容器內加入氣體,氣體壓力會使容器方的水銀柱下降而真空方升高,此時氣體壓力等於左右兩管高度差。
(2)口式氣壓計:
將裝入水銀的U型管一端連接於裝有待測氣體的容器上,另一端開口處與大氣相通。
若容器內氣體壓力=大氣壓力,開口端的水銀柱=氣體端;
若容器內氣體壓力<大氣壓力,開口端的水銀柱<氣體端;
若容器內氣體壓力>大氣壓力,開口端的水銀柱>氣體端。

大氣

1.定義:地球上所覆蓋的氣體稱為大氣,其厚度約一千公里,靠近地表的部分俗稱空氣

2.組成(氣體於乾燥空氣中所占含量):
氮氣(78.08%)、氧氣(20.95%)、氬氣(0.93%)、二氧化碳(0.033%)、其他(不足0.003%)

3.分層
(1)對流層:0~13km,所有氣候變化及生物活動皆在此範圍
(2)平流層:13~50km,其中20~30km處因含臭氧較多,因此又稱臭氧層,大氣中約有90%的臭氧集中在此區,此層能吸收紫外光,可保護地表上的生物減少遭受紫外光之侵害
(3)中氣層(又名光化層):50~85km,含氧氣、臭氧、及氮的氧化物,會進行氧氣光分解,最低溫約攝氏零下90度
(4)游離層(又名增溫層):85~550km,原子產生游離現象,可用於反射長波長之無線電波,溫度相當高
(5)外氣層:550~1000km,以氫、氦為主,為外太空的起點