ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплоемкость газов из "Краткий курс физической химии Изд5" для идеального газа разность между изобарной и изохорной мольными теплоемкостями равна газовой постоянной R. [c.101] Рассмотрим, на что же расходуется теплота при нагреве газа. Если нагрев производится при постоянном объеме, то вся поглощаемая теплота идет на увеличение внутренней энергии газа. [c.101] Экспериментальная проверка рассматриваемого закона, выполнявшаяся различными и независимыми между собой методами, полностью подтвердила его. Для иллюстрации в табл. 9 приводится распределение молекул азота по скоростям при комнатной темпе ратуре. [c.102] На рис. 24 площадь под кривой, в области повышенных скоростей, вправо от какой-нибудь данной абсциссы (например, и — А), ограниченная кривой и осью абсцисс, определяет собой долю молекул, обладающих скоростью, превышающей Л. Легко видеть, что с повышением температуры (например, при переходе от 273 к 373 К) эта доля молекул быстро возрастает, что имеет большое значение для процессов испарения, кинетики химических реакций и др. [c.102] Теплоемкость системы, соответствующая бесконечно малому изменению температуры, называется истинной теплоемкостью. [c.102] Когда теплоемкость относится к 1 г вещества, она называется удельной теплоемкостью и обозначается через с когда она относится к одному грамм-атому — атомной, к одному молю — мольной (или молярной, или молекулярной) теплоемкостью и обозначается через С. Мы будем рассматривать только мольные и атомные теП лоемкости, так как для них все закономерности значительно проще, чем для удельной теплоемкости. Очевидно, мольная теплоемкость С = Мс, а атомная С — Ас (где М — масса 1 моль, равная молекулярной массе А — масса 1 грамм-атома, равная атомной массе). [c.102] Начнем рассмотрение с наиболее простого случая — с одноатомного газа. Здесь вся теплота расходуется только на ускорение поступательного движения молекул, так как в одно-атомных молекулах никакого колебательного внутримолекулярного движения не происходит. Такие молекулы всегда можно рассматривать как шарообразные и, следовательно, не учитывать их вращательного движения, так как вращение их не влияет на передачу энергии при столкновениях. [c.103] Это количество энергии равно изохорной теплоемкости Су, т. е. [c.103] Следовательно, для одноатомного идеального газа v равняется приблизительно 3 кал °С моль) и не зависит от температуры и от вида газа. [c.103] Опытные данные, приведенные в табл. 10, подтверждают этот вывод. [c.103] В газах с двухатомными молекулами, наряду с изменением энергии поступательного движения молекул, может происходить и изменение энергии вращательного движения их, а также колебательного движения содержащихся в них атомов и атомных групп. [c.103] Так как колебательное движение в двухатомных молекулах возрастает заметно только при относительно высоких температурах, то для простоты учитывать его здесь не будем и ограничимся выяснением значения вращательного движения. [c.104] При исследовании этого вопроса методами кинетической теории, естественно, приходится несколько усложнить представление о молекулах и учесть, что они не только обладают размером, но и не всегда имеют шарообразную форму. Поступательное движение молекулы может быть разложено на три независимые составляющие по трем координатным осям. Вращательное движение многоатомных молекул в общем случае тоже может быть разложено на три независимые составляющие вращения вокруг трех основных координатных осей. Кинетическая теория пользуется при этом понятием числа степеней свободы молекулы, т. е. числа независимых составляюш,их данного вида движения. [c.104] Б случае двухатомных молекул одно из направлений враще-ния —вокруг оси, соединяющей центры атомов (ось АВ, рис. 25),— не требует расхода энергии и не влияет на передачу энергии при столкновениях. Поэтому вращательное движение в двухатомных молекулах обладает только двумя степенями свободы, что соответствует вращению вокруг двух осей, перпендикулярных оси АВ. [c.104] Из-за большого числа столкновений внутренняя энергия молекул легко перераспределяется между различными формами движения. Кинетическая теория показывает, что полная беспорядочность столкновений приводит к распределению внутренней энергии молекул в среднем поровну между всеми степенями свободы их . [c.104] Также равномерно между всеми степенями свободы должна распределяться и энергия, приобретаемая молекулой в виде теплоты при нагреве тела следовательно, изохорная теплоемкость газа должна зависеть прежде всего от числа степеней свободы его молекул. [c.105] Из табл. 10 видно, что опытные данные, относящиеся к комнатным температурам, в общем хорошо согласуются с этими выводами. Однако обычно обнаруживается некоторая зависимость теплоемкости от температуры. В особенности при температурах очень низких (близких к абсолютному нулю) или, наоборот, при очень высоких эта зависимость становится значительной и наступают систематические отклонения теплоемкости от указанных значений, В области низких температур эти отклонения вызываются тем, что затухает и перестает сказываться (вырождается) вращательное движение молекул. В области же высоких температур эти отклонения вызываются развитием внутримолекулярных колебаний, а также возникновением электронных переходов и некоторыми другими причинами. [c.105] Вместе с тем в этом случае значительно возрастает роль не учитывавшихся нами внутреннего вращения (вращения одной части молекулы относительно других частей ее) и колебательных движений внутри молекулы, которые не поддаются такому простому расчету. Для них и закон равного распределения энергии между степенями свободы уже неприменим, и повышение температуры может не только усиливать колебания, но и приводить к развитию их по большему числу связей. [c.106] Вернуться к основной статье