pVT性质

1.气体的性质

气体、液体和固体是物质的三种主要聚集状态，符号分别为g，l，s。其中气体和液体统称为流体，符号用fl表示；液体和固体统称为凝聚相，符号用cd表示。三种状态中，固体虽然结构较复杂，但粒子排布的规律性较强，对它的研究已经有了较大的进展；液体的结构最复杂，人们对其认识还很不充分；气体则最为简单，最容易用分子模型进行研究，故对它的研究最多，也最为透彻。

气体是物理化学研究的重要对象之一，其在物理化学中具有极其重要的作用，在学习物理化学课程之前，首先要明确气体的基本性质。对于一定质量的某种气体，用气体的压力、体积和温度就可以描述它所处的状态和性质。这种用来描述气体状态的物理量，叫做气体的状态参量。气体的状态由温度、压力和体积共同决定。对于一定量的某种气体，当描述它的三个状态参量都不变时，说明气体已经处在一定的状态——平衡态；当其中某个状态参量发生变化时，必然会导致另外一个或两个状态参量随之而变。

（1）气体的压力　由于分子的热运动，气体分子不断地与容器壁碰撞。气体的压力就是气体对单位面积容器壁所产生的作用力，用符号p表示。压力的国际单位为Pa（帕），常用单位有atm，cmHg，mmHg，换算关系为1atm=76cmHg=760mmHg=101325Pa。

（2）气体的体积　就是气体所占空间的大小，用符号V表示。因为气体分子能够充满整个容器的空间，通常气体的体积等于容器的容积。体积的国际单位是m3，常用单位有dm3（或L），cm3（或mL）。其换算关系是1m3=103dm3（或L）=106cm3（或mL）。

（3）气体的温度　即气体的冷热程度。温度有两种表示方法。国际单位制用热力学温度表示，其符号为T，单位是K（开尔文）。实际生活中还常用摄氏温度表示，符号为t，单位是℃（摄氏度）。热力学温度和摄氏温度的关系式是T/K=t/℃+273.15。

值得注意的是，在今后物理化学课程的学习中所有基本公式中的温度均指热力学温度。

2.理想气体状态方程

无论物质处于哪一种聚集状态，都有许多宏观性质，如压力p，体积V，温度T，密度ρ，热力学能U等。众多宏观性质中，p，V，T三者是物理意义非常明确又易于直接测量的基本性质。对于一定量的纯物质，只要其中任意两个量确定后，第三个量即随之确定，此时就说物质处于一定的状态。处于一定状态的物质，各种宏观性质都有确定的值和确定的关系。联系p，V，T之间关系的方程称为状态方程。状态方程的建立常成为研究物质其他性质的基础。

对于气体在低压及较高温度下的行为，在历史上曾经归纳出一些经验定律，如波义耳-马略特定律，查理-盖·吕萨克定律等。从这些经验定律可以导出低压下气体的p，V，T之间的关系式。即

pV=nRT　　（0-1）

式中，n是物质的量，单位是mol；p是压力，单位是Pa；V是气体的体积，单位是m3；T是热力学温度，单位是K；R是摩尔气体常数，实践证明与气体种类无关，通常计算中取R=8.314J·mol-1·K-1。

，则Vm为摩尔体积，即1mol物质所占有的体积，常用单位是m3·mol-1。在外界条件相同的情况下，气体的摩尔体积相同。在标准状况（273.15K，101.325kPa）下，1mol任何理想气体所占的体积都约为22.4L，这个体积叫做该气体的摩尔体积，单位是L·mol-1，即标准状况下气体摩尔体积为22.4L·mol-1，较精确的是：Vm=22.41410 L·mol-1。

式（0-1）÷n，得

pVm=RT　　（0-2）

将物质的量的定义公式代入式（0-1），得

将密度的定义公式代入式（0-3），得

将式（0-1）～式（0-4）称为理想气体状态方程及其各种形式。其中，通过式（0-3）计算气体的摩尔质量（M），可用M来判断气体的种类；式（0-4）可用于求气体的密度。

3.理想气体

把在任何温度、任何压力下都能严格遵从理想气体状态方程（pV=nRT）的气体叫做理想气体。理想气体实际上是一个科学的抽象概念，客观上并不存在，它只能看做是实际气体在压力很低时的一种极限情况。但是引入理想气体这样一个概念是很有用的，一方面是它反映了任何气体在低压下的共性；另一方面，理想气体的p，V，T关系比较简单，根据理想气体公式来处理问题所导出的一些关系式，只要适当的予以修正就能用于非理想气体或实际气体。

理想气体在宏观上必须严格遵守理想气体状态方程，其微观特征是：①气体分子不占有体积，分子本身大小可以略去不计。②气体分子之间无相互作用力，分子彼此间的碰撞以及分子与器壁的碰撞是完全弹性的碰撞，即在碰撞前后总动量不损失。

在本书中，为了教学研究的方便，若无特殊指明，气体均为理想气体。