ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Виды энергии молекул — классическая теория из "Современная общая химия Часть 1" Кинетическая теория объясняет свойства газов, основываясь на представлении о беспорядочном поступательном движении молекул. Изменение температуры газа обязательно сопровождается соответствующим изменением скоростей поступательного движения его молекул. В этой главе будет исследована взаимосвязь молекулярного движения с энергией, которой обладает газ. [c.252] Таким образом, тепловые эффекты, происходящие в химических системах, измеряются в калориях. И хотя калория не является мерой количества вещества, мы будем пользоваться выражениями тепловой поток и приобретение или потеря тепла во многом подобно тому, как это делали ученые, основывавшиеся на флогистонной и твпло(вой теориях. [c.253] Количество теплоты в системе, или ее теплосодержание, представляет собой экстенсивное свойство, связанное с интенсивностью молекулярного движения. Теплосодержание системы пропорционально ее полной массе и интенсивности молекулярного движенпя. Ниже будет показано, что все виды энергии обнаруживают тенденцию превращаться в конце концов в тепло таким образом, любой вид энергии в конечном итоге приводит к беспорядочному движению молекул. [c.253] Теплоемкость любого тела обычно определяется как отношение количества тепла, переданного этому телу, к наблюдаемому изменению его температуры (С = /А7 ), но такое определение требует уточнения. [c.253] Если система приобретает некоторое количество тепла или над ней выполняется работа, величина АЕ считается положительной. Следовательно, величина д положительна, если система приобретает тепло от окружающей среды, а величина ау положительна в том случае, когда система выполняет работу против внешних сил. Таким образом, алгебраический знак каждой из этих переменных определяется по их действию на систему. Первый закон термодинамики представляет собой еще один вариант закона сохранения массы и энергии. Этот закон получил настолько широкое признание, что любое кажущееся нарушение его общности приводит к постулированию существования новых видов энергии или работы, а не к предположению об ошибочности этого закона. Науке не известны исключения из него. [c.254] Для начала будем исходить из представления о теплоте, имеющегося у нас из повседневного опыта, но по мере изучения различных превращений, сопровождающихся тепловыми эффектами, это представление, несомненно, будет углубляться и расширяться. Так, например, вы узнаете, что передача тепла может осуществляться тремя различными способами — в результате излучения, теплопроводности и конвекции. [c.254] Используя это определение, также легко придем к соотношению АН = Яр, которое и нужно было установить. [c.257] Таким образом, теплоемкость при постоянном объеме представляет собой скорость изменения внутренней энергии с температурой при постоянном объеме, а теплоемкость при постоянном давлении — это скорость изменения энтальпии с температурой при постоянном давлении. На рис. 7.2 изображен калориметр для определения теплоемкости при постоянном давлении. [c.258] Вычислите величину ЛЕ для процесса, происходящего в стальной бомбе, если в результате этого цроцесса температура окружающей бомбу воды (вес 1092 г) повышается на 1,12° С. Тепловые свойства бомбы эквивалентлы 682 г воды. [c.258] Данные табл. 7.1 прекрасно подтверждают правильность кинетической теории газов и нашего понимания теплоемкости, а также предположение о том, что все перечислеииые в таблице вещества в газообразном состоянии одноатомны. Такое согласие экспериментальных данных, позволяющее установить взаимосвязь нескольких различных теоретических представлений, особенно ценно для суждения о правильности теории. [c.260] О К имеем пост = 0, так что при произвольной температуре Т должно выполняться соотношение пост = СуГ. Мы уже получили этот результат ранее, когда установили, что, согласно (6.19), пост=3/2 ЯТ. [c.260] Рассмотрим теплоемкость элементарного водорода Нг. Прв низких температурах этот газ имеет теплоемкость С,г = 3 кал- МОЛЬ -град- или Ср=5 кал - моль- -град . При температурах около 70 К его теплоемкость начинает возрастать, но затем принимает почти постоянное значение Су = 5 кал-моль -град очень медленно повышаясь при дальнейшем возрастании температуры. Исследования показывают, что теплоемкости всех двухатомных газов изменяются подобным образом. По-видимому вещества, состоящие из двухатомных молекул, обладают способностью поглощать такие виды энергии, которые не могут поглощаться одноатомными веществами, причем способность к поглощению этих видов энергии должна изменяться с температурой. [c.262] Виды энергии молекул — классическая теория 265. [c.265] Однако вопреки классической теории не все двухатомные газы обладают теплоемкостью Су = 7 кал моль -град даже при 2000 К и имеют намного более низкие теплоемкости при меньших температурах (как это видно из рис. 7.3 и табл. 7.2). Кроме того, классическая теория приводит к неправильному выводу об отсутствии зависимости от температуры теплоемкостей любых газов. На самом деле опыт показывает, что этим свойством обладает только теплоемкость одноатомных газов. Очевидно, клас- сическая теория, которая не учитывает индивидуальных особенностей молекул различных газов (принимая во внимание только отличия, связанные с числом атомов в молекуле, а также с линейным или нелинейным строением молекул), неверна. [c.265] Ранее мы уже убедились, что спектральные данные помогают разобраться в энергетических состояниях атомов. На основании этих данных можно определить энергетические уровни для различных электронных состояний атомов и понять характер атомных орбиталей, на каждой из которых размещаются не более двух электронов с определенной энергией. Такие представления позволяют дать качественное объяснение экспериментальных данных о свойствах атомов. Возможно, спектры поглощения молекул могут дать подобные сведения об их вращательных и колебательных энергиях. Но в какой области спектра следует пытаться найти нужную для этого информацию Этот вопрос обсуждается в гл. 8. [c.265] Опытное значение Су хлора 6,14 кал моль- град- при 298 К. Очевидно, при температуре 298 К молекулы хлора свободно совершают поступательное и вращательное движения, но колебания дают вклад в-теплоемкость лишь около I кал, а не 2 кал, как это сладавало бы из классической теории. Дальнейшее обсуждение этого вопроса проводится в гл. 8. [c.266] Таким образом, при достаточно низких температурах теплоемкости всех веществ отличаются от предсказываемых формулами классической теории, и в следующей главе мы попыта--емся объяснить этот факт. [c.267] На стр. 543 и 547 указана литература, рекомендуемая для лучшего усвоения материала этой главы. [c.268] Вернуться к основной статье