理想气体定律

理想气体定律，因此其特性的不断研发，可也雄辩地从第一原理理论在许多方面，分子有没有固有的卷和不进行交互的重要的简化假设在哪里。这些假设有有效稀释物质限制，在什么地方空每个分子 （例如~ 10^-23 L 在环境条件下） 所占用的空间量远大于分子本身 (~ 10^-26 L)，哪里的相互作用是不大可能。它因此可以很容易在通过各种方式使用普通实验室设备在室温，证明，可准确地测量各种气体在压力甚至 10 条 (图 1)。然而，理想气体定律不能准确地考虑和在附近环境条件下 （例如，丙烷） 密度气体的性质或冷凝，因分子间相互作用而产生的现象。为此，许多更详细的状态方程的年以来它的发现，通常降低到理想气体定律在稀事极限成功理想气体定律。^1，2

图 1。理想气体法密度对各种其他常见气体在 25 ° C 和 0-100 之间的比较栏。

在本教程中，我们仔细地将测量氢气在增加的压力和温度固定体积内的密度由称重的已知体积的悬浮固体样品: 精确加工的铝块。在样品重量的变化是直接关系到改变流体的密度，在其中它浮动的由阿基米德定律。我们还将演示在高压下使用较少的理想气体 （如二氧化碳） 的缺点。最后，我们将直观地演示，并定性地通过执行一个简单的台式实验，由于氢释放的贮氢材料，系统体积的变化测量确认理想气体定律。使用任意一种的这些实验，我们可以确定描述压力、 温度和气体 — — 理想气体常数，R.给定数量的卷之间的关系的通用的常数

理想气体定律是有效的描述实际气体性质的许多常见气体在附近环境 （图 1插图） 条件的因此在很多应用程序的上下文中很有用。理想气体定律描述高压力或温度低的条件下系统的局限性可以解释由分子间的相互作用的日益重要性和/或有限大小的气体分子系统的性能作出贡献。因此，与强、 有吸引力的分子间相互作用 （如偶极-偶极相互作用，包括氢键、 离子-偶极相互作用或范德瓦尔斯相互作用所引起） 的气体会表现出更高的密度比理想气体。所有气体都亦会令人厌恶的组件在密度高，多个分子不能占用相同的位置，放款超过理想气体的密度减少。气体，如氢和氦所示的更大的贡献，从排斥力有限的分子尺寸，由于，因此在高压力下稍低密度。甲烷和二氧化碳给更多贡献他们的属性从相互的吸引作用，贷款他们更高的密度比理想气体直到非常高的压力，在那里令人厌恶的词占主导地位 (在很多高于 100 栏在 25 ° C)。

图 2。平衡吸附吸收等温线的 CO₂对高比表面积，椰壳碳 MSC-30，在 25 ° c。

理想气体定律是化学的科学，它具有大量的使用在日常实验室活动以及计算和建模的甚至高度复杂的系统，至少第一近似的基本方程。其适用性有限只能由逼近固有的法律本身;在附近环境的压力和温度，在理想气体定律哪里好有效的许多共同的气体，它广泛采用气体为基础的系统和过程的解释。两个例子的经营原则，这可以通过调和的设备使用的理想气体定律，气体温度计和斯特林发动机。

一个特定的应用程序是在测量气体吸附 （吸附） 的数量在固体材料的表面上。吸附是固体与气体之间的吸引力分子间相互作用 （色散力） 的物理现象，藉以气体分子离开气相和进入致密表面附近的固体 （或也许是一种液体） 阶段。吸附作用对于许多散装材料 （如玻璃和不锈钢） 钢在环境条件下，可以忽略，但变得非常重要，为多孔材料与访问表面积大，尤其是在低温。³容积弗法和重量法量化物理吸附的依靠知道系统的气体状态方程。在低压力和环境温度，理想气体定律对许多气体，有效和可以用来准确地确定的气体的吸附的量以类似的方式确定 R 上述协议中所述。例如，在重力测量的高比表面积，理想气体法事实上有效，Δw_实际之间的差异的测量的条件下脱硫剂和 Δw_理想浮力的计算使用理想的状态方程可以归因于重量的吸附相的变化。（方程 10）平衡气体吸附等温线因而可测定制表此偏差、 Δw_广告，作为在一个固定的温度压力的函数 （见图 2），在多孔材料表征的标准程序。

Δw_广告= Δw_实际-Δw_理想(方程 10)