Schéma přednášky 1: Vlastnosti plynů Tabule 1: Typické vlastnosti plynů? •Tekutost (spolu s kapalinami) … volný tok •Nízká hustota •Snadná stlačitelnost •Vždy zaujmou plný objem nádoby •Mohou být zkapalněny stlačením a ochlazením •Mísitelnost (pokud plyny nereagují) •Pára = plyn vzniklý odpařením kapaliny nebo sublimací pevné látky •Snímek 1: Čím jde vysvětlit tyto vlastnosti? •velmi slabé, až zanedbatelné mezičásticové interakce •tudíž volné pohyblivosti částic. •Tato představa není zcela samozřejmá! •Isaac Newton (17. stol) zastával ve své době progresívní atomovou hypotézu •! jinak byl vzduch = jeden ze čtyř živlů ! •Ale Newtonova představa: nepohyblivé částice silně se odpuzující navzájem •proto tlak na stěny nádoby. • •Snímek 2: Tlak a objem. •Proč se Newton zajímal o strukturu plynů? •Přátelil se s Irským přírodovědcem, o 15 let starším Robertem Boylem. •Zřejmě v souvislosti s tím jej zajímal vztah mezi objemem a tlakem vzduchu, viz obrázek. • •Snímek 3. V té době tedy již musel být tlak měřitelnou veličinou. •Bylo tomu tak od r. 1643, kdy tzv. Torricelliho pokus vedl k sestavení prvního barometru. •Fungoval na principu zahnuté trubice, porovnávající tlak vzorku s tlakem atmosféry pomocí výšky sloupce rtuti vytlačené vzorkem a-nebo atmosférou na místo nižšího tlaku. •Jak vlastně Torricelli k tomuto nápadu dospěl? Tabule 2 - Torricelliho pokus •VV Toskánský: zavlažování, vysoušení dolů, fontány: čerpání vody do >= 12 m •Pomocí sacích pump: max=10 metrů •Torricelli – nápad udělat pokus se rtutí (14x hustší než H2O) •výpočet: tlak 10 m H2O ~ tlaku 0.75 m Hg •Pokus potvrdil, navíc: výška hladiny Hg mírně kolísala • Závěr: patm nedokáže vytlačit, či udržet sloupec vody vyšší, než 10 metrů. •Tehdejší představa: vodu pod píst při jeho pohybu vzhůru vhání tzv. strach přírody z prázdnoty (horror vacui). •Torricelli: Žijeme potopeni na dně oceánu vzduchu. http://www.mauilab.com/guests/hydrostatics/stevino-2/media/tubetorricelli.gif 760 mm Tabule 3: Pojem tlaku, jednotky tlak síla plocha Snímek 4 •V současnosti používané jednotky tlaku •Podobnost kapalin a plynů (Bernoulliho zákony pro kapaliny)… volný tok •Proto společný názek tekutiny Snímek 5 •Co hraje roli kromě tlaku (analogie s počasím)? (Teplota) •Proč by měl tlak s teplotou růst? •Protože je mírou kinetické energie molekul ... Kinetická teorie plynů, Daniel Bernoulli, Hydrodynamica, 1738 Snímek 6 •Proč se začal zkoumat vliv teploty? •Ve druhém letu (sólo výstup) rekord 7 km •Cílem bylo získávání vzorků vzduchu v různých výškách, zaznamenání rozdílů teploty a vlhkosti a měření magnetismu. Při těchto výstupech byla vyvrácena Daltonova domněnka, že složení vzduchu je v různých výškách atmosféry rozdílné. Bylo prokázáno, že vzduch má i v těchto výškách stejné složení jako na povrchu Země. Tabule 4: Robert Boyle: Výsledky pokusů se vzduchem (1662): Boyle chtěl pravděpodobně pochopit, proč je vzduch základním elementem života a publikoval práce o růstu rostlin bez volného přístupu vzduchu. http://2012books.lardbucket.org/books/principles-of-general-chemistry-v1.0/section_14/2faa801fa086d 1653541af1249e7e069.jpg V těchto grafech je objem funkcí jedné proměnné, konkrétně tlaku. Tabule 5: Boylův(-Mariottův) zákon •p· V = konst •pro neměnnou teplotu a látkové množství plynu. •Konkrétní data, s nimiž Boyle pracoval? Viz snímek 7. Snímek 7: Boylův exp - rozsah dat •Jednotky historické •Jiné zakreslení téhož ... Je-li V lineární funkce 1/p, pak 1/p bude lineární funkce V (záměna os x a y) •? Kolika mm Hg odpovídal minimální a maximální tlak, jehož Boyle dosáhl, a kolika atm to odpovídá? (ca 1/0.01 = 100 mm Hg až ca 1/0.04==25 mm Hg, tj. ca. 1/3 - 1.5 atm •Technicky obtížné ... Hg ve skleněné trubici, tlak tříštil •Pojem ideálního plynu: takový, který splňuje přesně Boylův zákon (nejenom). Bude objem skutečně klesat k nule pro tlak jdoucí k ∞ ?