第2章　气体

本章基本要求

2-1　了解气体分子运动理论，理解压力和温度的统计含义。

2-2　掌握理想气体的状态方程、道尔顿定律、阿马格定律，了解理想气体的微观模型。

2-3　掌握实际气体状态范德华方程、压缩因子的有关计算，了解实际气体其他的状态方程表达式。

2-4　了解实际气体的液化与临界性质，了解对应状态原理与普遍化压缩因子图。

物质是由大量物理和化学性质相同的粒子（particle）组成的，如分子（molecule）、原子（atom）、离子（ion）往往是组成物质的粒子，物质的宏观性质是其微观粒子行为的宏观反映。因此，研究物质体系微观粒子的行为对于物质性质的认识有着十分重要的意义。有限微观粒子的结构与行为的研究已经成为物理化学的一个独立分支学科——结构化学。通过经典技术方法研究大量粒子的行为揭示体系宏观现象的运动规律是基础物理化学的经典内容——化学热力学和化学动力学。

在自然界中，按照组成物质的粒子之间的距离不同，可以把物质分为：气态、液态、固态，对应着我们经常面对的研究对象：气体、液体、固体。一般地，同种粒子组成的物质气态时粒子间的距离最大，液态次之，固态最小（也有反常，如水的不同状态）。由于研究对象选择的不同，会形成不同的研究方向或学科，如目前随着材料科学发展而兴起了固态物理化学。

历史经验与生活常识都表明，由简到繁是科学的认识规律，我们在本课程中同样遵从这一规律。在这三态中，气体最为简单，人们认识得也最清楚，气体模型也更有利于我们认识物质分子的运动规律，因此，我们的学习首先从认识气体的规律开始，其中，气体中最简单是理想气体，故理想气体是我们首先要认识的对象。本章主要介绍气体的运动规律，随着学习的不断深入，在后面的章节中介绍液体、固体及三态混合体系的运动规律。

致学生：

由简到繁可以看作是一种普遍的方法、定律，其适用范围比任一物理定律都广泛，高度重视并自觉应用它，将使你受益终生。

便于与经典理论表述一致，我们把组成物质的性质相同的微观粒子称为分子。在大量分子组成的宏观体系中，一个基本的理论假设是分子运动论，即：物质是由不停地运动着的分子所组成的，温度是分子平均平动动能大小的标志；气体体系中大量气体分子对容器器壁的碰撞而产生对容器壁的压强。

思考：

2-1　社会体系的行为是否也表现出自然体系中的微观粒子的行为规律呢？

由分子运动论得出的体系分子的性质主要有三点：

①一切物体都是由大量分子构成的，分子之间有空隙。

②分子处于不停息地、无规则运动状态，这种运动称为热运动。

③分子间存在着相互作用的引力和斥力。当分子间的作用力很小至可以忽略不计时，该气体则可看作是理想气体。

让我们一起跟随科学前辈们的前期研究发现来认识物质在气体状态下的运动规律。