Одноатомный газ

Газ, состоящий из свободных атомов

В физике и химии «одноатомный» представляет собой комбинацию слов «моно» и «атомный» и означает «отдельный атом ». Обычно применяется к газам : одноатомный газ — это газ, в котором атомы не связаны друг с другом. Примерами при стандартных условиях температуры и давления являются все благородные газы ( гелий , неон , аргон , криптон , ксенон и радон ), хотя все химические элементы будут одноатомными в газовой фазе при достаточно высокой температуре (или очень низком давлении). Термодинамическое поведение одноатомного газа намного проще по сравнению с многоатомными газами, поскольку оно свободно от какой-либо вращательной или колебательной энергии . ^[1]

Благородные газы

Единственными химическими элементами, которые являются стабильными отдельными атомами (то есть они не являются молекулами ) при стандартной температуре и давлении (СТП), являются благородные газы . Это гелий , неон , аргон , криптон , ксенон и радон . Благородные газы имеют полную внешнюю валентную оболочку, что делает их довольно нереактивными видами. ^[2] Хотя эти элементы исторически описывались как полностью инертные, химические соединения были синтезированы со всеми, кроме неона и гелия. ^[3]

При объединении с гомоядерными двухатомными газами, такими как азот (N2 ₎ , благородные газы называются «элементарными газами», чтобы отличать их от молекул, которые также являются химическими соединениями .

Термодинамические свойства

Единственно возможным движением атома в одноатомном газе является трансляция (электронное возбуждение не имеет значения при комнатной температуре). Таким образом, по теореме о равнораспределении , кинетическая энергия одного атома одноатомного газа при термодинамической температуре T определяется как , где k _B — постоянная Больцмана . Один моль атомов содержит число Авогадро ( ) атомов, так что энергия одного моля атомов одноатомного газа равна , где R — газовая постоянная . ${\displaystyle {\frac {3}{2}}k_{\text{B}}T}$ ${\displaystyle N_{\text{A}}}$ ${\displaystyle {\frac {3}{2}}k_{\text{B}}TN_{\text{A}}={\frac {3}{2}}RT}$

В адиабатическом процессе одноатомные газы имеют идеализированный γ -фактор ( C _p / C _v ) 5/3, в отличие от 7/5 для идеальных двухатомных газов, где вращение (но не вибрация при комнатной температуре) также вносит свой вклад. Также для идеальных одноатомных газов: ^{[4] [5] [6]}

молярная теплоемкость при постоянном давлении ( C _p ) равна 5/2  R = 20,8  Дж⋅К ⁻¹ ⋅моль ⁻¹ (4,97  кал⋅К ⁻¹ ⋅моль ⁻¹ ).

молярная теплоемкость при постоянном объеме ( C _v ) равна 3/2  R  = 12,5 Дж⋅К ⁻¹ ⋅моль ⁻¹ (2,98 кал⋅К ⁻¹ ⋅моль ⁻¹ ).

Ссылки

1. "одноатомный газ". Encyclopaedia Britannica . Получено 6 июня 2016 г.
2. Ласло, Пьер; Шробильген, Гэри Дж. (1 апреля 1988 г.). «Ein Pionier oder mehrere Pioniere? Die Entdeckung der Edelgas-Verbindungen». Ангеванде Хеми . 100 (4): 495–506. Бибкод :1988AngCh.100..495L. дои : 10.1002/ange.19881000406. ISSN  1521-3757.
3. Christe, Karl O. (2001-04-17). "Возрождение в химии благородных газов". Angewandte Chemie International Edition . 40 (8): 1419–1421. doi :10.1002/1521-3773(20010417)40:8<1419::aid-anie1419>3.0.co;2-j. ISSN  1521-3773. PMID  11317290.
4. Теплоемкость идеального газа
5. Теплоемкость идеальных газов
6. Лекция 3: Термодинамика идеальных газов и калориметрия ^{[ постоянная мертвая ссылка ‍ ]} , стр. 2