在气体分子运动论的基础上,我们必须假定一种特定气体的各个分子是以不同速度运动的。由于巨大的碰撞次数,分子的速度基本上将从零変到接近光速。由于分子的碰撞和随之而来的能量的交换,一个给定分子的速度是连续地发生变化的。不过,因为所涉及的分子数很大,所以分子总分子数的分子速度分布是不变的。
麦克斯威一波兹曼分配定律描述了分子速度分布的本性。
分子速度的分布绘示在图图10-12在不同的温度下分子速度10-12中。纵坐标代表分子数和横坐标代表分子速度w。a是最可几速度而c是分子的平均速度。这图指出以极高或极低速度运动的分子都是很少的。具有中等速度的分子数很快地增加达到极大然后又很快地降落下来。
在更高温度下,曲线变得平坦了且向更高速度方面移动。因此,在高温下更多的分子具有较高速度而较少分子速度较低。这与分子运动论为基础的估计是一致的。
气体以确定的和简单的体积比而进行化合或反应。举例来说,已由实验测出,1体积的氮要和3体积的氢化合产生2体积
的气体氨,并以反应物的体积和产物的体积都在相同温度和压力的条件下测量的。
N2(1体积)+3H2(3体积)→2NH3(2体积)
在这里术语“体积”是广义的体积,如果氮的体积是用升来衡量的,则氢与氨的体积也必须是用升来衡量的。盖昌萨克( Joseph_Louis Gay- Lussac1788-1850)观察关于气体化合的体积实验概括成为气体化合体积定律:在恒温和恒压下,参加反应气体的体积可以表示为简单整数比。重要的一点是要记住这个定律只能应用于气体状态的物质,并且是在同温和同压下测量的。不考虑反应涉及的任何固体或液体的体积。当固体或液体参加化学反应时,对于参加反应的反应物和产物的体积就得不出任何结论。盖吕萨克定律的另一些例子说明如下
(1)2体积的氢和1体积的氧反应生成2体积的水蒸气:
2H2(2体积)+O2(1体积)→2H2O(2体积)
(2)1体积的氢和1体积的氯化合形成2体积的氯化氢:
H2(1体积) +c12(1体积)→2hc1(2体积)
(3)碳(固体)和1体积氧反应产生1体积的二氧化碳:
C(固体)+02(1体积)→CO2(1体积)
(4)4体积的水蒸气和铁(固体)反应生成4体积的氢和Fe3O4(固体):
4H20(4体积)+3Fe(固体)→4H2(4体积)+Fe3O4(固体)
在这个情形中,当然水和氢的气体体积的最简单比值是1:1。
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