Газ находится при температуре 123 °С и давлении 10^5 Па. Чему равно среднее расстояние между центрами молекул?
от

1 Ответ

дано:  
- T = 123 °C = 123 + 273.15 = 396.15 K  
- P = 10^5 Па  

найти:  
среднее расстояние между центрами молекул d (м)

решение:  
1. Для идеального газа можно использовать уравнение состояния:  
PV = nRT,  
где V - объём газа, n - количество вещества в молях, R - универсальная газовая постоянная (8.314 Дж/(моль·K)).

2. Объём газа можно выразить через его плотность:  
V = m / ρ,  
где m - масса газа, ρ - плотность газа.

3. Плотность газа можно связать с количеством молей и объёмом:  
ρ = m / V = (n * M) / V,  
где M - молярная масса газа.

4. Из уравнения состояния для одного моля газа:  
PV = RT.  
Таким образом, V = RT / P.

5. Подставим V в формулу для плотности:  
ρ = (n * M * P) / (RT).

6. Теперь можем найти среднее расстояние между молекулами газа. Среднее расстояние d между центрами молекул можно выразить как:  
d ≈ (V/N)^1/3,  
где N - число молекул в объёме V, а N = n * Na, где Na - число Авогадро (приблизительно 6.022 × 10^23 молекул/моль).

7. Таким образом, d ≈ [(RT / P) / (n * Na)]^(1/3).

8. Сначала найдем плотность ρ, используя P и T, затем подставим её в формулу для d. Для простоты предположим, что M = 29 г/моль (для воздуха, как пример). Переведем в кг/моль: M = 0.029 кг/моль.

9. Подставим значения в формулу для плотности:  
ρ = (P * M) / (R * T) = (10^5 * 0.029) / (8.314 * 396.15).

10. Рассчитаем ρ:  
ρ ≈ (2900) / (3294.1641) ≈ 0.88 кг/м³.

11. Теперь подставим это значение в формулу для d:  
d ≈ (1/ρ)^(1/3) = (1/0.88)^(1/3).

12. Рассчитаем d:  
d ≈ (1.13636)^(1/3) ≈ 1.0426 м.

ответ:  
Среднее расстояние между центрами молекул d примерно равно 1.0426 м.
от