Bài giảng Thuyết động học phân tử và các hiện tượng vận chuyển trao đổi chất

Chia sẻ: Minh Quan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:82

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Thuyết động học phân tử và các hiện tượng vận chuyển trao đổi chất với các mục tiêu giúp các bạn hiểu được Thuyết động học phân tử về khí lý tưởng; Từ phương trình cơ bản suy ra được các hệ quả của nó; Nắm vững ý nghĩa biểu thức nội năng của khí lý tưởng; Nêu được bản chất, nguyên nhân của các hiện tượng khuếch tán, ma sát nhớt; Vận dụng để giải thích các quá trình vận chuyển trao đổi ch́ất trong cơ thể.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thuyết động học phân tử và các hiện tượng vận chuyển trao đổi chất

THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VÀ CÁC HIỆN TƯỢNG VẬN CHUYỂN TRAO ĐỔI CHẤT
MỤC TIÊU • Hiểu được Thuyết động học phân tử về khí lý tưởng .Từ phương trình cơ bản suy ra được các hệ quả của nó . • Nắm vững ý nghĩa biểu thức nội năng của khí lý tưởng . • Nêu được bản chất, nguyên nhân của các hiện tượng khuếch tán, ma sát nhớt .Vận dụng để giải thích các quá trình vận chuyển trao đổi ch́ất trong cơ thể. • Nêu được bản chất, nguyên nhân của các trạng thái căng mặt ngoài chất lỏng, hiện tượng mao dẫn . Vận dụng và giải thích được một số hiện tượng liên quan trong thực tế, đời sống và trong y học
NOÄI DUNG  THUYEÁT ÑOÄNG HOÏC PHAÂN TÖÛ VEÀ CHAÁT KHÍ  KHÍ THÖÏC  CAÙC HIEÄN TÖÔÏNG VAÄN CHUYEÅN TRONG CHẤT KHÍ  TRAÏNG THAÙI CAÊNG MAËT NGOAØI CUÛA CHAÁT LOÛNG  HIEÄN TÖÔÏNG MAO DAÃN  CAÙC HIEÄN TÖÔÏNG VAÄN CHUYEÅN TRONG CHAÁT LOÛNG
I -THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VỀ CHẤT KHÍ 1. CÁC ĐỊNH LUẬT THỰC NGHIỆM VỀ CHẤT KHÍ a. Các khái niệm - Nhiệt độ: Là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức độ chuyển động hỗn loạn phân tử của các vật . - Nguyên lý thứ không (zero) nhiệt động lực học Từ thực nghiệm cho ta kết luận : “ Khi đặt hai vật (hệ) A và B tiếp xúc với nhau và coi hệ hai vật này là cô lập. Năng lượng E được truyền từ vật có nhiệt độ cao (nóng hơn) sang vật có nhiệt độ thấp,cho đến khi hai vật có nhiệt độ bằng nhau và không trao đổi năng lượng nữa. Lúc đó, hai vật ở trạng thái cân bằng về nhiệt ”.
(Heä coâ laäp)
Phát biểu : “ Nếu hai vật A và B cân bằng nhiệt với vật thứ ba C thì chúng (A và B ) cũng cân bằng nhiệt với nhau “
- Dựa vào nguyên lý trên người ta đưa ra một dụng cụ đo nhiệt gọi là Nhiệt biểu. Nhiệt biểu đóng vai trò vật được vật kéo theo sự cân bằng nhiệt cùng với vật và đạt đến nhiệt độ bằng nhiệt độ của vật. Nhiệt biểu + chia độ = Nhiệt kế - Nhiệt độ của vật được xác định qua phép đo của một đại lượng vật lý (chiều dài, thể tích, điện trở...) có tương quan đơn trị với nhiệt độ . VD: Nhiệt kế thủy ngân , điện trở …
•- Thang nhieät ñoä • toF = 9/5 toC + 32 (1) 100 212 373 (Hơi nước sôi) • TK = toC + 273 (2) (Nước đá 0 32 273 đang tan) Ví dụ: Nhiệt độ Fahrenheit tương ứng với -20oC là: Celcius (0C) Fahrenheit (0F) Kelvin( K) toF = 9/5 (-20) +32 = - 4oF ( p = 1 atm )
T = 0K = -273oC ( = - 460oF) Là giới hạn dưới chung của nhiệt độ.
b. Caùc ñònh luaät thöïc nghieäm veà chaát khí – Khí lyù töôûng * Định luật Boyle – Marriotte (1660)(quá trình đẳng nhiệt ) Với một khối lượng khí nhất định. Nếu nhiệt độ của khối khí được giữ không đổi thì tích số giữa áp suất và thể tích của khối khí là một hằng số. T = const • p1V1 = p2V2 Hay pV = const * Định luật Gay – Lussac (1802) (quá trình đẳng áp) V1 V2 V p = const •  hay  const T1 T2 T * Định luật Charles (1802) (quá trình đẳng tích) P1 P2 P V = const •  hay  const T1 T2 T
Các định luật thực nghiệm trên mang tính gần đúng. Ở điều kiện bình thường (phòng thí nghiệm) và chất khí càng đơn giản như He, Ne, H2, O2, ..thì các định luật trên càng chính xác Khí lý tưởng: Là các chất khí hoàn toàn tuân theo 3 định luật trên
c. Phương trình trạng thái của khí lý tưởng Có dạng: f(p,V,T) = 0 Trạng thái (1) •→ TT(1’) → TT (2) ( p1, V1, T1 ) (p2, V’1, T1 ( p2, V2, T2 ) Trong quá trình đẳng nhiệt từ (1)sang (1’)có: p1V1 = p2V’1 (10) Trong quá trình đẳng áp từ (1’) sang (2) có: V1' V2 (11)  T1 T2
p1V1 p2V2 Từ (10) và (11) được:  (12) T1 T2 pV hay:  const (13) T pV Nghĩa là tỷ số đối với một trạng thái bất kỳ là không đổi. T Theo Avogadro, ở áp suất tiêu chuẩn Po = 1,013.105 N/m2, nhiệt độ To = 273, 13oK thì thể tích của 1 kilomol (kmol) của mọi chất khí đều bằng Vo = 22,4 m3. Từ (12) ta có: pV poVo  R T To • p V = RT (14)
Với R = 8,31.103 J/Kmol.K (=1,98 kcal / mol.K) được gọi là hằng số khí lý tưởng p,V, T: lần lượt là áp suất, thể tích, nhiệt độ của một kilomol khí. Gọi (kg) là khối lượng của một kilomol khí có thể tích V m(kg) là một khối lượng khí có thể tích V, ta có: V m (15)  V  Thay V vào (14) ta có: m (16) pV  RT  (phương trình Clapeyron – Mendeleev)
Định luật Dalton: Nếu nhiều loại khí được đặt trong một bình chứa thì áp suất của hỗn hợp khí bằng tổng các áp suất riêng phần của mỗi loại chất khí. (Áp suất riêng phần của mỗi loại chất khí chính là áp suất của chất khí đó, khi mình nó chiếm toàn bộ bình chứa.) p 1 pi (17) Với p : áp suất của hỗn hợp khí pi : áp suất riêng phần của chất khí thứ i. Định luật này chỉ áp dụng cho các phân tử của các loại khí không có sự tương tác lẫn nhau về mặt hóa, lý
2. THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VỀ CHẤT KHÍ Một số giả thuyết • Các chất khí có cấu tạo gián đoạn và gồm một số rất lớn các phân tử. • Kích thước của các phân tử là không đáng kể so với khoảng cách giữa chúng với nhau. • Các phân tử là các quả cầu chuyển động hỗn loạn, không ngừng .Năng lượng nhiệt của khối khí chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. • Các phân tử không tương tác lẫn nhau trừ lúc va chạm. Sự va chạm giữa các phân tử với nhau và phân tử với thành bình là hoàn toàn đàn hồi.
b. Phương trình cơ bản của Thuyết động học phân tử (Áp suất khí lý tưởng)- Hệ quả Theo quan điểm Động học phân tử . Áp suất của khối khí gây ra trên thành bình chính là do lực tác dụng của các phân tử khí khi va chạm với thành bình. Tính được theo biểu thức: 2 P  n .W (18) 3 n: mật độ phân tử W  m v2 : là động năng tịnh tiến trung bình của phân tử. 2 m : khối lượng của phân tử v 2: trung bình của bình phương vận tốc Áp suất của chất khí tỷ lệ với mật độ phân tử và động năng tịnh tiến trung bình của các phân tử.
3. HỆ QUẢ - Nhiệt độ: Từ phương trình trạng thái đối với một kilomol khí lý tưởng .Thay p  RT vào (18) : V RT 2  nW ↔ V 3 3 RT ↔ W nV = No số phân tử trong một kilomol 2 nV (số Avogadro) 3 R ↔ W T k = R/N0 : hằng số Boltzman 2 N0 3 ↔ W  kT (19) 2 Hệ SI: R = 8,31.103 J/kmoloK, No = 6,023.1026 pt/kmol thì k = 1,38.10-23 J/oK Động năng tịnh tiến trung bình của các phân tử tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối của khối khí.
- Vận tốc căn quân phương vc Từ (29) ta thay 1 3 W  mv  kT 2 2 2 • 3 kT v2  m hay: 3kT (20) vc  v  2 m Nếu thay k = R/No và Nom =  thì: (21) 3RT vc  