电气工程师《普通化学》知识点:物质的聚集状态
物质的聚集状态是指物质的存在形式。从根本上讲物质的存在形式取决于其内部微粒之间的相互作用。下面是小编整理的电气工程师考试《普通化学》知识点:物质的聚集状态,对重要知识点进行强化练习,要记得这些知识点,考试很有用的,希望对大家有所帮助!
一、物质的不同聚集状态与物理性质
二、等离子体(物质的第四态)及其应用
1、等离子体(Plasma) :是带电粒子密度达到一定程度(如>0.1%)的电离气体。由电子、原子、离子、分子或自由基等粒子组成。
2、等离子体的基本特性:
(1)导电性:由于存在自由电子和带正电荷的离子,所以等离子体有很强的导电性;
(2)电中性:粒子所带正负电荷总数相等;
(3)与磁场可作用性:可用磁场控制它的位置、形状和运动,同时带电粒子集体运动又可形成电磁场;
(4)活泼的反应性:由于等离子体空间富集了离子、电子、激发态的原子、分子及自由基,因此产生相应的高活性物种,易于参加各种化学反应。
3、等离子体的分类――依据粒子温度分类
设等离子体中离子温度为Ti ;中性重粒子温度为Tg的;电子温度为Te。
宏观温度主要取决于离子温度Ti和中性重粒子温度Tg。
当Te=Ti时,称热等离子体或高温等离子体,由于气体分子与电子反复剧烈碰撞,使整个气体与电子温度达到平衡,其温度可达到5×103K~2×104K。这种等离子体一般是在高气压(大气压水平)、平衡条件下获得的,所以又称高压平衡等离子体。
当Te>Ti时,称冷等离子体或低温等离子体,这类等离子体中,大部分气体粒子仍为中性,电子温度可以高达104K以上,而气体或离子温度却可低到300K~500K。是在低气压、非平衡条件下获得的。
4、等离子体的应用
等离子体空间富集的离子、电子、激发态的原子、分子及自由基,是极活泼的反应物种,它有利于产生“高能量”、“高密度”的化学反应条件。
(1)导电流体
(2)高能量密度的热源
(3)化学合成、薄膜制备、表面处理和精细化学加工等。
(4)微量元素分析
三、物质的第五态即超固态――“玻色―爱因斯坦凝聚态”
“玻色―爱因斯坦凝聚”概念是在1924年由印度物理学家玻色提出的,爱因斯坦将其理论用于原子气体中,进而做出预言:物质除四态外,还存在另外的一种状态。当温度足够低、运动速度足够慢时,大部分原子会突然跌落到最低的能级上,此时所有的原子“凝聚”到同一状态,就像一个“超级原子”一样,具有完全相同的物理性质。
然而,实现及研究“玻色―爱因斯坦凝聚”的条件极为苛刻:一方面需要达到极低的`温度(绝对零度的十亿分之几度),另一方面还需要原子体系处于气态。这在当时几乎是自相矛盾的,一直到理论提出71年之后,美国国家标准与技术研究院和科罗拉多大学的科学家才有所发现,于铷原子蒸气中第一次直接观测到了“玻色―爱因斯坦凝聚”。此后三位科学家因对它的研究获得2001年度的诺贝尔物理学奖。
四、气体的分压定律
1、气体分子运动论――基本要点:
(1)气体由不停顿地作无规则运动的分子所组成。
分子的直径与它们之间的距离相比可以忽略不计,亦即分子本身的体积与气体所占有的体积相比可以忽略。
(2)气体分子间互相作用力很小,气体分子的运动与其他分子无关,分子可视为独立运动。
(3)气体分子在运动中,分子不仅相互碰撞,而且对器壁进行连续撞击产生压力(压强)。
(4)气体分子的平均平动能与气体的热力学温度成正比。
压力(压强):因大量分子碰撞所产生的垂直作用于单位面积上的力;
温度:气体分子平均动能的度量,气体分子的平均平动能越大,系统的温度越高,它们都是大量分子行为的统计平均结果,是一种统计量。因此,说一个分子的压力或温度是没有意义的。
体积:则是气体分子自由运动的空间。
2、理想气体状态方程:
理想气体:指分子是一个没有体积的质点、分子间也没有任何作用力的气体。
pV= nRT
式中:p―压力(Pa),V―体积(m3),n―物质的量(mol),T―热力学温度(K,T/K = 273.15+t / ℃),R―摩尔气体常数(8.314J?mol -1?K-1)。
推论:物质的量n与质量m、摩尔质量M的关系为
注意:任何实际气体(real gas,RG),都不能完全严格地满足理想气体的条件。但对于处于低压、高温下的实际气体来说,分子间距离很大,相互作用很弱,分子本身大小相对于整个气体的体积也可以略去不计。因此,可以近似地看作理想气体。
3、(道尔顿)分压定律 (1801)
分压力(partial pressure) :温度为 T时,组分 i单独占据总体积 V时所具有的压力,定义此压力为混合气体中i组分的分压力,简称分压。
前人在研究低压下的混合气体时,得到了两个经验定律。严格来说,它们都只适用于理想气体。
分压定律内容:总压力等于分压力之和。
p = p1+p2+…+pN ==∑pi
分压定律是气体遵守IG定律的必然结果:
p == nRT/V == n1RT/V+n2RT/V+…+nNRT/V === p1+p2+…+pN == ∑pi
分压定律的另一形式: pi = yi p
yi――i组分的摩尔分数(mole fraction)(气体混合物的摩尔分数常用yi表示,液体混合物的摩尔分数,则常用xi表示)。
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