आदर्श गैस, राज्य का आदर्श गैस समीकरण, उसका तापमान और दबाव, आयतन… भौतिकी के संबंधित खंड में प्रयुक्त मापदंडों और परिभाषाओं की सूची को काफी लंबे समय तक जारी रखा जा सकता है। आज हम इसी विषय पर बात करेंगे।
आणविक भौतिकी में क्या माना जाता है?
इस खंड में मानी जाने वाली मुख्य वस्तु एक आदर्श गैस है। राज्य का आदर्श गैस समीकरण सामान्य पर्यावरणीय परिस्थितियों को ध्यान में रखते हुए प्राप्त किया गया था, और हम इसके बारे में थोड़ी देर बाद बात करेंगे। आइए अब इस "समस्या" को दूर से देखें।
मान लें कि हमारे पास गैस का कुछ द्रव्यमान है। इसकी अवस्था को थर्मोडायनामिक प्रकृति के तीन मापदंडों का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है। बेशक, ये दबाव, आयतन और तापमान हैं। इस मामले में सिस्टम की स्थिति का समीकरण संबंधित मापदंडों के बीच संबंध का सूत्र होगा। यह इस तरह दिखता है: एफ (पी, वी, टी)=0.
यहां पहली बार हम धीरे-धीरे आदर्श जैसी चीज के उदय के करीब पहुंच रहे हैंगैस। वह गैस कहलाती है जिसमें अणुओं के बीच परस्पर क्रिया नगण्य होती है। सामान्य तौर पर, यह प्रकृति में मौजूद नहीं है। हालांकि, कोई भी अत्यधिक दुर्लभ गैस इसके करीब है। नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और वायु, जो सामान्य परिस्थितियों में हैं, आदर्श से बहुत कम भिन्न हैं। एक आदर्श गैस की अवस्था का समीकरण लिखने के लिए हम एकीकृत गैस नियम का उपयोग कर सकते हैं। हमें मिलता है: pV/T=const.
संबंधित अवधारणा 1: अवोगाद्रो का नियम
वह हमें बता सकता है कि अगर हम बिल्कुल किसी भी यादृच्छिक गैस के समान संख्या में मोल लेते हैं और उन्हें तापमान और दबाव सहित समान परिस्थितियों में रखते हैं, तो गैसें समान मात्रा में कब्जा कर लेंगी। विशेष रूप से, प्रयोग सामान्य परिस्थितियों में किया गया था। इसका मतलब है कि तापमान 273.15 केल्विन था, दबाव एक वातावरण (760 मिलीमीटर पारा, या 101325 पास्कल) था। इन मापदंडों के साथ, गैस ने 22.4 लीटर के बराबर मात्रा पर कब्जा कर लिया। इसलिए, हम कह सकते हैं कि किसी भी गैस के एक मोल के लिए संख्यात्मक मापदंडों का अनुपात एक स्थिर मान होगा। यही कारण है कि इस आंकड़े को आर अक्षर के साथ नामित करने और इसे सार्वभौमिक गैस स्थिरांक कहने का निर्णय लिया गया। इस प्रकार, यह 8.31 के बराबर है। इकाई J/molK है।
आदर्श गैस। राज्य का आदर्श गैस समीकरण और उसका हेरफेर
आइए सूत्र को फिर से लिखने का प्रयास करते हैं। ऐसा करने के लिए, हम इसे इस रूप में लिखते हैं: pV=RT। अगला, हम एक सरल क्रिया करते हैं, समीकरण के दोनों पक्षों को मोल की मनमानी संख्या से गुणा करते हैं। हमें pVu=uRT प्राप्त होता है। आइए हम इस तथ्य को ध्यान में रखें कि दाढ़ की मात्रा का उत्पाद औरपदार्थ की मात्रा केवल मात्रा है। लेकिन आखिरकार, मोल्स की संख्या एक साथ द्रव्यमान और दाढ़ द्रव्यमान के भागफल के बराबर होगी। मेंडेलीव-क्लैपेरॉन समीकरण बिल्कुल ऐसा ही दिखता है। यह एक स्पष्ट विचार देता है कि आदर्श गैस किस प्रकार की प्रणाली बनाती है। एक आदर्श गैस के लिए अवस्था का समीकरण निम्न रूप लेगा: pV=mRT/M.
दबाव का सूत्र निकालें
आइए प्राप्त भावों के साथ कुछ और जोड़तोड़ करते हैं। ऐसा करने के लिए, मेंडेलीव-क्लैपेरॉन समीकरण के दाहिने हिस्से को एवोगैड्रो संख्या से गुणा और विभाजित किया जाता है। अब हम अवोगाद्रो संख्या द्वारा पदार्थ की मात्रा के गुणनफल को ध्यान से देखते हैं। यह और कुछ नहीं बल्कि गैस में अणुओं की कुल संख्या है। लेकिन साथ ही, एवोगैड्रो संख्या के लिए सार्वभौमिक गैस स्थिरांक का अनुपात बोल्ट्जमान स्थिरांक के बराबर होगा। इसलिए, दबाव के सूत्र निम्नानुसार लिखे जा सकते हैं: p=NkT/V या p=nkT। यहाँ प्रतीक n कण सांद्रता है।
आदर्श गैस प्रक्रिया
आणविक भौतिकी में आइसोप्रोसेसेज जैसी कोई चीज होती है। ये थर्मोडायनामिक प्रक्रियाएं हैं जो सिस्टम में निरंतर मापदंडों में से एक पर होती हैं। इस मामले में, पदार्थ का द्रव्यमान भी स्थिर रहना चाहिए। आइए उन्हें और अधिक विशेष रूप से देखें। तो, एक आदर्श गैस के नियम।
दबाव स्थिर रहता है
यह गे-लुसाक का नियम है। यह इस तरह दिखता है: वी/टी=const. इसे दूसरे तरीके से फिर से लिखा जा सकता है: V=Vo (1 + at)। यहाँ a 1/273.15 K^-1 के बराबर है और इसे "आयतन विस्तार गुणांक" कहा जाता है। हम तापमान को सेल्सियस और दोनों में स्थानापन्न कर सकते हैंकेल्विन स्केल। बाद के मामले में, हमें सूत्र V=Voat मिलता है।
वॉल्यूम स्थिर रहता है
यह गे-लुसाक का दूसरा नियम है, जिसे आमतौर पर चार्ल्स का नियम कहा जाता है। यह इस तरह दिखता है: p/T=const. एक और सूत्रीकरण है: p=po (1 + at)। परिवर्तन पिछले उदाहरण के अनुसार किया जा सकता है। जैसा कि आप देख सकते हैं, आदर्श गैस नियम कभी-कभी एक-दूसरे से काफी मिलते-जुलते होते हैं।
तापमान स्थिर रहता है
यदि एक आदर्श गैस का तापमान स्थिर रहता है, तो हम बॉयल-मैरियोट का नियम प्राप्त कर सकते हैं। इसे इस तरह लिखा जा सकता है: pV=const.
संबंधित अवधारणा 2: आंशिक दबाव
मान लीजिए कि हमारे पास गैसों वाला बर्तन है। यह एक मिश्रण होगा। प्रणाली थर्मल संतुलन की स्थिति में है, और गैसें स्वयं एक दूसरे के साथ प्रतिक्रिया नहीं करती हैं। यहाँ N अणुओं की कुल संख्या को प्रदर्शित करेगा। N1, N2 और इसी तरह, क्रमशः मिश्रण के प्रत्येक घटक में अणुओं की संख्या। आइए हम दबाव सूत्र p=nkT=NkT/V लें। इसे किसी विशेष मामले के लिए खोला जा सकता है। दो-घटक मिश्रण के लिए, सूत्र रूप लेगा: p=(N1 + N2) kT/V। लेकिन फिर यह पता चलता है कि प्रत्येक मिश्रण के आंशिक दबावों से कुल दबाव का योग होगा। तो, यह p1 + p2 वगैरह जैसा दिखेगा। ये आंशिक दबाव होंगे।
यह किस लिए है?
हमें जो सूत्र प्राप्त हुआ है, वह दर्शाता है कि प्रणाली में दबाव अणुओं के प्रत्येक समूह से है। संयोग से, यह निर्भर नहीं करता हैअन्य। डाल्टन ने कानून बनाते समय इसका फायदा उठाया, जिसे बाद में उनके नाम पर रखा गया: ऐसे मिश्रण में जहां गैसें एक दूसरे के साथ रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया नहीं करती हैं, कुल दबाव आंशिक दबावों के योग के बराबर होगा।
