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空气分子在受热分散时是否会有临界点?(空气受热后,会有哪些变化通过哪些现象可以看出来)

ANTONIA 科技 2021-08-07 19:18:08

空气分子在受热分散时是否会有临界点?(空气受热后,会有哪些变化通过哪些现象可以看出来)

空气受热后,会有哪些变化通过哪些现象可以看出来

 

碘分子在高温环境下分子间距离增大,扩散到空气分子中;在低温环境下,分子间距离减小

 

空气温度,空气密度导致的声音传播速度,是不是有临界点的?

由物理学已经知道,声速是是微弱扰动在连续介质中所产生的压力波传播的速度。在气体介质中,压力波的传播过程可以看做定熵过程,拉普拉斯声速方程为: c=根号[-v^2(dP/dv)],这里,v为气体的比体积,d表示偏导数

于是,对理想气体的定熵过程有

c=根号(kpv)=根号(kRgT)

从这里可以看出,温度升高,在压力不变的条件下,比体积升高(即密度下降),仍然是声速变大。

我想,这里有一个很重要的参数——压力不变被楼主忽略了。由于压力不变,即便由于升温而使分子间距加大,但同时也使分子速度也加快了,同样能达到快速传递压差的能力,且速度的增加要比分子距离增加的要快。所以,不可能出现某个温度之后,声速就开始下降了。

气体为什么会有临界温度

晶体内部微观粒子的排列是有规律的,粒子间构成的结构所具有的能量是一样的,当达到一定温度,就是粒子平均动能达到一定程度,这些结构就会同时破裂,物质宏观状态就会一下改变。所以有临界温度。其它情况类似。

(以下引用)

气化是物质由液态相变成气态的过程。若温度进一步升高,价和电子速率进一步增高,运转线路的扭转角度越来越大,逐渐形成了包围核心的空间立体运转;价和电子在其表面逐渐形成了一个包围两核心的饱满的壳层;结构元间的电磁力越来越小;壳层之间价和电子相斥,斥力推开邻近的结构元,于是一个个结构元(分子)就从液体中飘逸而出,占据较大的空间形成了气态。

此时,这些个结构元就形成了一个个气体分子,如氧气、氮气等。正是由于壳层间的斥力使结构元之间尽量分离,于是就形成了气体体积比液态时的体积要大上千倍,而且总是充满空间。

如果是化合物,则是由几个不同元素的原子,以共有价电子数趋向稳定的方式进行组合,相互结合成几个紧密相连的结构元,价和电子在其间有规律地进行立体运转,结合成三仁花生状或其它状的壳层,形成气体。如 二氧化碳(O∞C∞O 氧- 碳-氧)、水蒸汽(H∞O∞H氢-氧-氢)等。(用"∞"代表价和运转)。

物质呈气态时,其价和电子的速率比液态时更高,具有更多的能量,所以物质在气化时必须吸收大量的热量。电冰箱、空调就是利用了物质在气化时大量吸热来制冷、降温。

若外界压力较大,液体中的价和电子必须具备更高的速率,才能使结构元间有较大的斥力,形成气体。所以当气压较高时,液体必须在较高的温度条件下才能沸腾,即压力高,液体的气化热较高。

在元素周期表的最右边有一族元素叫惰性物质,在常温下,这些元素总是呈气态,于是人们常把它们叫作惰性气体。为什么惰性物质总是呈气态?为什么很少见到惰性液体、惰性固体?大家了解了上述物质气态的形成,也就不难回答这一问题了。

惰性元素氦的核外电子是两个,其它惰性元素的核外电子都是8个,原子的外层电子是均衡、稳定的,所以惰性物质的原子之间没有价和运转,不需要与其它原子结合构成结构元(或者说单个原子自成结构元),从而确立了元素的惰性。氦的2个电子绕核高速空间扭转运行,形成一个电子壳层。其它惰性元素的8个均衡稳定的外层电子绕着一个核心,形成饱满的壳层。斥力使得原子之间推开距离,形成气体。只有在极低的温度条件下,氦的两个电子才由空间运转转入立交运转,形成液态。其它惰性元素的8个核外电子总是均布在空间运转,饱满的壳层难以出现空缺,所以也就很难出现液化、难以呈现液态。

熔点、沸点 温度是使物质发生相变的关键因素,然而只有达到了某一特定值,相变才能发生。这就是我们熟知的熔点、沸点,不同的物质,其熔点、沸点是不一样的,这也就是说不同物质其价和电子发生空间立交运转的条件是不相同的。

一般来讲,在常温下呈气态的物质的分子量较小,价和电子运转受内层电子的牵连较小、速率很高。呈固态的物质的原子量较大,价和电子运转线路平稳,速率相对低些。液态物质则介于二者之间。

物质熔点、沸点较高的物质,其原子直径较小,价和电子与内层电子的层间较小、运转受内层电子的牵连较大,速率相对较高,要改变其运转线路--从平面到立交,即物体从固态熔化成液态,需要有更多的能量,也就是需要更高的温度,所以熔点较高。

物质沸点的高低情同此理,不再赘述。

气体的性质 两个(或几个)空间运转的价和电子形成一个橄榄状、三仁花生状或其它状的壳层,其产生的电磁力方向肯定紊乱瞬变,于是导致了气体的分子处在不断变向的斥力或引力之中,因此就形成了气体分子的不规则的布朗运动,并且也导致了气体的其它许多性质:

结构元之间的斥力总是使气体的分子尽量分离,向四面八方占据空间,于是,壳层间的斥力总是与外界的压力达到某种平衡,即气体内部的分子在不断地相互"碰撞"(没有实际的碰撞,只是相互接近、排斥,进行着气体的布朗运动)。这样,就导致了气体内部的压力,这压力随着气体的密度、外界的温度、压力而变化,且向四周均匀传递。

气体内的压力是气体分子之间的斥力形成的,外界压力大,气体分子之间的距离近,单位体积内的气体分子多,分子之间的斥力也较大。如果外界压力相同,(都是一个标准大气压,)那么气体分子之间的距离相同,单位体积内的气体分子就会一样多,这样就有了阿佛加德罗常数。(即在一个标准大气压下,单位体积内的气体分子的个数都是6.02×10 ).尽管不同分子的原子个数相差几倍,但是分子的体积与所占空间相比是微不足道的,所以阿佛加德罗常数一般是准确的,适用于各种气体。

由于气体分子之间的距离较大,当外界压力增大,可以使得气体分子间距被挤小,这就形成了气体的可压缩性。当气体被压缩时,气体的分子的间距被迫减小。分子之间的斥力增大,分子外围的价和电子的运行受到邻近分子斥力的干扰,价和电子就加速运转,增加斥力,以抵御外力(外来干扰),这种加速运转就形成了气体被压缩时的发热升温。

若气体的温度升高、核外电子速率加快,使得结构元间的斥力增大,若体积不变,则压力会增大。

若气体的温度降低、核外电子速率减慢,原子间碰撞机会减小,原子的运动速度减慢。现在人们用飞行时间法(TOF)测量气体的温度,测量的是原子的初始速度,由速度分布可推出原子初始温度。即:用气体运动的速度推测其温度。现在的激光冷却实验,已经把铷原子冷却到1μK。怎样测如此低温?实测的是原子的初始速度。

这种测量与以上“温度——速度”思路一致。原因是:温度高—气体的价和电子速率快,气体分子运动速度就快,反之亦然。

气体(和液体)有个特性——速度增加压力减小,这是飞机能够升上天空的原理。人们在广泛运用这一原理。

气体(或液体)在定向运动时,为了减小运动阻力,其“花生”状的结构元的长轴会调整到与运动方向平行,速度高了结构元之间会拉开距离,在高速的层面上形成了空气的稀薄,于是压力减小。

凝华——雨的形成 凝华是由气体相变成液体的过程。当温度降低时,气体物质的价和电子速率降低,气体中某一种价和电子速率降低到不能形成饱满的壳层,由空间立体运转进入到扭曲运转,在壳层出现破口,斥力减小,并且具有大致方向的电磁力显现出来。这种带有破口——显出电磁力的气体分子在空气中转摆滚动,同类物质的分子也都出现了相同的状况,同类相逢电磁力相互吸引,逐渐聚合成微小的液体。在空气中,水蒸汽就这样聚合成云,温度降低,小水滴进一步聚合成大水滴,落下来就成了雨。

人工降雨时往往是在云层撒上干冰(固态的二氧化碳)或其它粉尘,这是因为干冰或粉尘的价和电子速率较慢,水蒸气的价和电子容易在其表面降低速率并附着、聚集,聚集多了就成了雨。

晚上靠近地面的水蒸汽也是这样在小草上聚集成露珠。小草在白天勤奋地进行着光和作用,光和作用中形成的氧带走了热量,使小草的温度较低。晚上,气温降低,在较凉的小草附近,水蒸气的价和电子速率首先降低,分子壳层出现破口,电磁力在破口处产生并被吸向小草,渐渐地附近更多的水蒸气降温,产生的电磁力与小草上那个先形成的电磁力相互吸引,如此越聚越多,逐渐聚成小露珠。

热天,把冰棒放进杯子里,一会儿,杯子外面结出了一些小水珠,这些小水珠是从哪里来的?是空气中的水蒸气凝结而成,其凝结的过程与小草上露珠的形成是一样的。

在分子的这种聚合中,彼此的价和电子都要降低速率,才能维持或加强这种相聚,于是聚在一起的分子都放出了热量。这就形成了凝结时的放热,这种放热在天冷时不明显,夏天,下雨前的闷热就是由这种放热所形成。

在较冷的空气中,由于价和电子速率较低,空气中的水蒸汽大部分都凝结成水或冰,所以冷空气较为干燥。

空气是氮、氧、二氧化碳等多种气体的混合物,而液氮、纯氧、干冰在国民经济中各有较大的用途,如何把它们从空气中分离出来?在制气工业中就是利用了不同分子的结构元在不同温度条件下的价和电子的速率和线路的破口相聚凝结的特性,在很低温度条件下,把空气逐步冷凝,首先除去了水份,接着二氧化碳凝结成液体,进一步凝固成干冰,氧气凝结成液态氧、氮气凝结成液氮。

升华 有些非金属固体物质,在温度升高时,它不是先相变成液体、再相变成气体,而是直接由固态相变成气态,这种相变形式叫升华。升华的过程是:当温度升高,价和电子速率增加,并且也开始了空间运转,然而这种物质有多个价电子,每个核心有多组价和电子围绕,一组价和电子进行空间运转,必然挤得别的价和电子无路可走,于是,核心回收了部分次外层电子,部分结构元解体,每个原子外不足四个结构元,不能建立空间架体结构。结构元失去了原来三维方位的价和力的支持,不能维持在原相对固定的位置,剩下的价和电子的速率立即升高,形成了围绕核心空间的立体运转。结构元间的斥力骤增,物质由固体直截相变成气体,即形成了固体的升华。如碳、萘等都是直截由固体升华成气体。

溶解 溶解是溶质的分子均匀地扩散到溶剂之中,与溶剂中的结构元重新组合,形成溶液的过程。固态物质如盐溶解在水中,固体相变成液体;气态物质如二氧化硫溶解在水里,形成了硫酸,气态物质也相变了,所以不同相物质的溶解也存在着相变问题。

溶解的过程是溶剂中的价和电子(正在不断组建或离散结构元)冲挤和损毁着溶质的结构元,使溶质中原有的结构元部分地解体,从而能较均匀地分散到溶剂中,与溶剂中部分结构元重新组合成一种新物质——溶液。

在溶液中,构成溶质、溶剂结构元的价和电子在其间自相、互相价和或解体,因此溶解的重要条件是溶质和溶剂的价和电子速率应一致或相互调节达到一致或成整数比,否则就不能溶解。在溶解时电子速率可塑性大的原子将增加或减少库仑力以利调节电子速率,因而也导致了溶解过程中常伴生的吸热或放热现象。

14、 系统性

以上的论述,不仅解释了诸多物理现象,而且核外电子的运动成了纽带,把物理学各自独立的几大分支中的力、热、声、光、电有机的联系起来了:

力 力是物体间的相互作用,确切的讲应是物质间的相互作用。牛顿力学体系的建立,为世界的进步作出了极大的贡献。工程师们依据力学计算,高水平地设计并建造了大厦、桥梁、飞机、轮船……。大厦巍峨、桥梁挺拔能经风雨御外力,靠的是其顽强的内聚力--价和电子运转所形成的价和力、电磁力。物体的脆性、塑性、弹性、延展性等诸多力学性质,也与价和电子的运转息息相关。

热 热是温度、是能量,温度实际上是核外电子运转的快慢程度;热能实际上是核外电子的动能。某物质的温度高于周围的温度(较热),则该物质向外放出能量--向周围幅射电磁波,同时,核外电子降低速率(降温),反之则吸收能量--吸收电磁波,导致自身的核外电子的速率升高(升温)。在一稳定的系统内,物质的温度就是这样相互幅射--吸收,达到相对平衡。

热能使物体发生相变,这是因为价和电子速率的量变到质变,运转路线由平面进入空间立交乃至空间球面,使得电磁力方向紊乱所致。

声 声是空气振动所形成的波,空气中充满着多种物质的分子--单个的或多连的结构元,球面运转的价和电子的斥力使分子之间维持着距离,且进行着布朗运动。受到振源的振动后分子产生振动,分子之间发生挤压,斥力又使之分开,于是就发生了向周围传递的声波。

光 光是有一定波长的电磁波,当价和电子的速率较高,物质向外辐射的电磁波,价和电子的速率越高,辐射的电磁波的频率就越高,于是就成了人们的眼中所看到的光。温度越高,光色就偏向高频段--青、蓝、紫;若温度较低,则光色偏低——物质发红光或红外光(热 )。这里所说的是热发光,还有冷光,如日光灯、极光等,其发光原理是更高频率的电磁波辐射。

电 原子外层环绕着电子,核外电子在不停地高速旋转着,并伴生着磁场,电磁现象是物质的普遍现象。在导电原理一章,用电子空位——流通的观点论述了发电原理、导电原理、半导体原理、超导原理,全文论述的过程都围绕着价和电子运转的这个核心。因不想把文章写得太长,还有许多电学问题如:电感、电容、变压器原理等,读者可依据这个观点,对这些电学问题作出满意的说明。

这样,核外电子的运转就把物理学的力、热、声、光、电都联系起来了,使之还原为一个系统的整体。

同时价和电子运动之说,把物理学中的各种能也都联系起来了(见下表):

热能 核外电子的动能

化学能 物质内具有较高速率的核外电子的动能

光能 核外电子跃迁辐射的电磁波

电能 电子在物质内电子空位运动的动能

机械能 核外电子的动能的宏观体现

生物能 核外电子的动能在生物体内的体现

我们在中学就学了能量守恒定律,能量为什么会守恒?能量为什么能在物质之间转移、能量的形式为什么能相互转换?书中说这是大量事实所表明的,其实质原因是什么?

探讨核外电子有规律的运动,揭示了物质能量的内涵,表中这些能量都是核外电子的动能,核外电子的不同运动就是能量在物质间转换、转移并且守恒的内在原因。

核外电子运转——结构元之说不仅把物理学的几个分支联系起来,而且,把物理学和化学也联系起来,成功地解释了化学反应的吸热、放热现象;说明了物质的酸性、碱性;说明了分子定组成的原因;解释了化学反应的催化原理,解释了人与动物为什么要呼吸。

核外电子有规律的运转,造就了物质所具有的各种理、化性能。

核外电子有规律的运转,是物质具有各种理、化性质的根本原因。

有一气体的状态方程式,a及b是不为零的常数,则此气体是否有临界点

当对某一气体逐步增大压力时,气体分子间的距离不断减小,分子间力不断增大,最后当分子间力超过由于分子热运动使分子相互离开的趋势时,气体就转化成液体,这个过程叫做凝聚(或液化)。

在一定温度下增加压力可以起到缩小分子间距从而增大分子间引力的作用,但这种作用是有一定限度的(超过一定程度分子间排斥力将起主导作用),故液化的发生要求分子热运动的离散倾向也不能超过一定限度, 即对气体的温度有最高限定。

对于一定的物质而言,分子间力是有一定大小的,所以分子间力能否克服分子热运动的逃逸能力,不仅取决于施加压力的大小以使分子间距离缩短的程度,而且还取决于温度的高低。只有当气体冷却到某一温度Tc或更低时,才能用加压的办法使气体液化,每一种气体都有一特征的Tc,称为临界温度,即临界温度是气体能被加压液化的最高温度。

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