Khí lý tưởng là chất khí có những đặc điểm cơ bản sau đây:
Khí lý tưởng gồm một số rất lớn các phân tử có kích thước rất nhỏ (so với khoảng cách trung bình giữa các phân tử), các phân tử chuyển động hỗn loạn và không ngừng.
Lực tương tác giữa các phân tử chỉ trừ va chạm là đáng kể còn thì rất nhỏ có thể bỏ qua.
33
Sự va chạm lẫn nhau giữa các phân tử khí hay va chạm giữa phân tử khí với thành bình tuân theo quy luật va chạm đàn hồi (nghĩa là không hao hụt động năng của phân tử).
Ta sẽ nghiên cứu mối liên hệ giữa các đại lượng đặc trưng cho trạng thái khí: Áp suất p, nhiệt độ T, thể tích V của một khối lượng khí xác định. Các đại lượng này được gọi là thông số trạng thái. Chúng không phải hoàn toàn độc lập đối với nhau , mỗi một thông số trạng thái là hàm số của hai thông số kia. Phương trình nêu lên mối liên hệ giữa 3 thông số trạng thái: Áp suất, nhiệt độ và thể tích của một khối lượng khí lý tưởng xác định gọi là phương trình trạng thái khí lý tưởng.
Đối với một kilômol khí (kilômol khí là một khối khí chứa N = 6,023. 1026
phân tử, nghĩa là có khối lượng m kg, với là khối lượng phân tử), Claperôn và Menđêlêep đã tìm ra được phương trình sau:
p. V = R.T(4.1)
Trong đó p, V, T là áp suất, thể tích và nhiệt độ của kilômol khí ở một trạng thái bất kỳ, R là hằng số gọi là hằng số khí lý tưởng.
Đối với một khối khí có khối lượng m, nếu gọi V là thể tích của nó thì từ (4.1) ta suy ra: . m. . p V R T (4.2) * Giá trị của hằng số khí R
Theo định luật Avôgađrô, ở nhiệt độ và áp suất giống nhau, một kilômol các chất khí khác nhau đều chiếm cùng một thể tích.
Khi T0=273,16 K (=0oC), p0=1,033at =1,013.105 N/m2 thì một kilômol khí chiếm thể tích là V0=22,410m3. Trạng thái này chung cho mọi chất khí gọi là trạng thái tiêu chuẩn. Với trạng thái tiêu chuẩn ta có:
5 2 3 3 0 0 0 . 1, 013.10 / .22, 410 / 8,31.10 273,16 . p V N m m kmol jun R R T K kmol K
Nếu p đo bằng atmôtphe, thì: R=0,0848.
K kmol at m . . 3
Nếu xét 1 mol khí với thể tích đo bằng m3
và áp suất đo bằng N/m2 thì: R= 8,31 K mol jun .
Nếu xét 1 mol khí với thể tích đo bằng lit và áp suất đo bằng atmôtphe thì: R= 0,0848. K mol at lit . .
* Các định luật của khí lý tưởng
Định luật Bôilơ – Martiốt: (Định luật về tính chất đẳng nhiệt của khí lý tưởng)
Nội dung: Với một khối lượng khí xác định, ở nhiệt độ không đổi thì khi thay đổi trạng thái của khí tức là làm biến thiên áp suất và thể tích của nó, bao giờ tích số áp suất với
34
thể tích cũng là hằng số. Hay nó được phát biểu ngắn gọn: Tích số của thể tích và áp suất của khối khí là một hằng số.
p.V = const (4.11)
Định luật Saclơ: Khi thể tích không đổi thì áp suất của một khối lượng khí cho trước biến thiên bậc nhất theo nhiệt độ (bách phân). Hay nó được phát biểu: Trong quá trình đẳng tích của một khối khí, áp suất tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối.
const T
p (4.12)
Định luật Gay – Luytxăc: Khi áp suất không đổi thì thể tích của một khối lượng khí cho trước biến thiên bậc nhất theo nhiệt độ (bách phân). Hay nó được phát biểu: Trong quá trình đẳng áp của một khối khí, thể tích tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối.
const T
V
(4.13)