CHẤT KHÍ

Đề Tài:
I. Khái niệm
-Các chất khí là tập hợp các nguyên tử hay phân tử hay các hạt nói chung trong đó các hạt có thể tự do chuyển động trong không gian.
-Mô hình chuyển động của chất khí:
Các đặc điểm của trạng thái khí:
Các phân tử khí có thể chuyển động nhiệt lớn hơn nhiều so với lực tưong tác giữa chúng, nên chúng ở cách xa nhau, gần như không bị liên kết với nhau đưa đến chúng chuyển động tự do hỗn loạn và chiếm toàn bộ thể tích bình chứa
Chất khí không có cấu trúc xác định trong khi các chất lỏng chất rắn có cấu trúc xác định .
Chất khí có cấu trúc phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ, áp suất , thể tích , còn đối với các chất lỏng , rắn sự phụ thộc đó không đáng kể .
Đối với khí loãng giữa tỉ khối và khối lượng phân tử của nó có mối phụ thuộc đơn giản ,cho phép dùng để xác định khối lượng phân tử , khối lượng nguyên tử … của chất khí.

Bằng con đường thực nghiệm đã xác định được rằng ở trạng thái có khối lượng riêng thấp tất cả các khí thông thường xử sự giống nhau. Điều này được minh hoạ bằng các định luật khí lí tưởng , theo đó thể tích của lượng nhất định của bất kì chất khí nào cũng chỉ phụ thuộc vào 3 thông số: áp suất khí, nhiệt độ của khí, số phân tử khí có trong thể tích đó
Cũng bằng con đường thực nghiệm đã xác định được rằng nội năng của khí loãng thay đổi không đáng kể khi thay đổi thể tích ở nhiệt độ không đổi.
Đối với khí lí tưởng nội năng phụ thuộc vào thể tích.
2, Sự chuyển động của chất khí:
-Các vật chất ở dạng khí (nguyên tử, phân tử, ion) chuyển động quay tự do.
-Lực tương tác giữa các hạt rất yếu, và các hạt chủ yếu tương tác với nhau qua va chạm ngẫu nhiên, hoặc với thành chứa.
-Các hạt chuyển động với tốc độ và hướng ngẫu nhiên, và các vận tốc của các hạt chỉ thay đổi đáng kể thông qua các va chạm ngẫu nhiên với nhau hoặc với thành vật chứa.
-Nhiệt độ càng cao thì vận tốc trung bình của các hạt càng lớn.

3 ,Thiết bị chứa khí thiên nhiên
4.Phân loại trạng thái
-Các chất khí trong cuộc sống thường được coi là một trong bốn trạng thái vật chất quan trọng nhất.
Rắn -lỏng –khí -plasma


5.Các trạng thái của chất khí
Các chất thông thường thường tồn tại ở trạng thái rắn ở nhiệt độ thấp, chuyển sang trạng thái lỏng ở nhiệt độ cao hơn (thông qua hiện tượng nóng chảy), rồi sang trạng thái khí khi nhiệt độ được tiếp tục nâng lên (hiện tượng bay hơi), và cuối cùng là sang trạng thái plasma ở nhiệt độ đủ cao. Cũng có những chất có thể chuyển ngay từ trạng thái rắn sang trạng thái khí ở điều kiện thích hợp (hiện tượng thăng hoa).

Mặc dù chuyển động của các hạt trong chất khí là ngẫu nhiên, vận tốc của chúng có thể được mô tả theo thống kê bằng các phân bố như phân bố Maxwell-Boltzmann, phân bố Fermi hay phân bố Bose. Các phân bố này cho thấy sự phụ thuộc của dải biến đổi của vận tốc, cũng như vận tốc trung bình, vào nhiệt độ. Nhiệt độ càng cao thì vận tốc trung bình của các hạt càng lớn.

6.Khí lí tưởng:
-Khí lí tưởng là một loại chất khí tưởng tượng chứa các hạt giống nhau có kích thước vô cùng nhỏ so với thể tích của khối khí và không tương tác với nhau, chúng chỉ va chạm đàn hồi với tường bao quanh khối khí.
- Khí lí tưởng mô tả như trên co thể xấp xỉ gần dúng cho khí thực.


- Khí lí tưởng có ba loại:
1. Khí lí tưởng cổ điển tuân theo hệ thống phân bố: Maxwell-boltzmann
2. Khí lí tưởng lượng tử tuân theo phân bố: Bose
3. Khí lí tưởng lượng tử tuân theo phân bố: Fermi

Phương trình trạng thái khi lý tưởng là mối liên hệ giữa áp suất, thể tích, và nhiệt độ của một khối khí lý tưởng nằm trong cân bằng nhiệt động lực học. Phương trình này có dạng:
pV = nRT
với
p là áp suất
V là thể tích
n là số các hạt trong khối khí
R là hằng số khí
T là nhiệt độ.
Trong hệ đo lường quốc tế, p đo bằng pascal, V đo bằng mét khối, T đo bằng kelvin và n đo bằng mol thì hằng số R là:
8.314472 [m3·Pa·K-1·mol-1]
Trong hệ đo lường khác, giá trị của R cũng hay được dùng là .0821 L atm mol-1 K-1)
7, Phương trình trạng thái khí lý tưởng
Phương trình Van der Waals là phương trình trạng thái của khí thực do Johannes Diderik van der Waals đề xuất năm 1873, dựa trên hai giả thuyết:
Các phân tử khí có kích thước nhất định
Các phân tử hút nhau bằng lực có bán kính tác dụng ngắn (lực Van der Waals)


8.Khí thực
8.Phương trình trạng thái khí thực
Phương trình Van der Waals của 1 mol khí thực được viết dưới dạng:
(p+a’/v2)*(v-b’ )=kT
Trong đó, p là áp suất; v - thể tích; T - nhiệt độ tuyệt đối; R - hằng số khí lí tưởng; a` và b` là các hằng số xác định bằng thực nghiệm, đặc trưng cho kích thước và lực tương tác giữa các phân tử của từng loại khí, được gọi là các hằng số Van der Waals.

Các định luật khí lí tưởng
1. Định luật boyle-Mariotte:
P0.v0=p1.v1=p.v= contS
Nội dung: ở một nhiệt độ không đổi tích của áp suất với thể tích là một hằng số.
2. Định luật Charle-Gay-Lussac:
v=v0.T/T0=conts.T
Nội dung: ở áp suất không đổi thể tích của một lượng nhất định của một chất khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.
3.Định luật Avogadro:
Những thể tích khí bằng nhau ở cùng một nhiệt độ và áp suất sẽ chứa một số phân tử như nhau.
Thể tích mol của tất cả các khí ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất đều bằng nhau không phụ thuộc vào bản chất hoá học của chúng.
Khi kết hợp hai định luật trên lại ta thấy rằng một mol khí bất kì ở điều kiện tiêu chuẩn phải chứa một số phân tử không đổi.Số phân tử không đổi đó được Avogadro tìm ra và kí hiệu là N:
N=6.023.1023
Lý thuyết động học chất khí:
Được xây dựng và phát triển trong thế kỉ 19 bởi Clausius, Maxwell, Botlzmann. Nó được xây dựng trên những giả thuyết đơn giản sau:
- Chất khí chứa lượng lớn các tiểu phân nằm xa nhau trên những khoảng cách lớn hơn rất nhiều so với kích thước của các tiểu phân.

- Các tiểu phân khí chuyển động hỗn loạn không ngừng với tốc độ khác nhau.
- Các tiểu phân khí tác động không lực với nhau khi va chạm, nhưng sau khi va chạm chúng thay đôi hướng và chuyển động theo đường thẳng với tốc độ không đổi.
-Sự va chạm của các tiểu phân khí với thành bình chứa nó là đàn hồi, không bị mất năng lượng trong quá trình va chạm.