给孩子的化学通识课-13理想与实际:为什么气体的化学性质需要参照系?
前面两讲我们谈到了两种物质形态的化学模型,也就是固态的晶体和非晶体模型,以及液态的溶液和溶液模型。那么接下来我们就该谈谈气体中的模型,这也是最后一个物质形态的化学模型。
给孩子的化学通识课-13理想与实际:为什么气体的化学性质需要参照系?
前面两讲我们谈到了两种物质形态的化学模型,也就是固态的晶体和非晶体模型,以及液态的溶液和溶液模型。那么接下来我们就该谈谈气体中的模型,这也是最后一个物质形态的化学模型。
生活中经常有人会说理想不切实际,再怎么努力大部分人都没有机会赚他一个亿实现小目标,那还努力干嘛?你可能不知道的是啊,这个问题我们居然可以通过化学模型来解答。在介绍了多个典型的化学模型之后,相信你对化学专业人员如何解决问题已经有了一个基本的认识。或许还会觉得这些套路都差不多,无非就是找到事实依据,然后再慢慢的修改完善。
相比于数学方法来说,化学模型的建立好像都没有什么技术含量。的确就像我们之前曾经提到过的,缘作为一个尽人皆知的模型,定义特别简单,而且揭示了圆心的本质。在平面上确定一个圆心,所有和这个圆心距离一样的点便汇聚成了一个圆。虽然找不出任何一种物体能够符合严格的定义,但是并不影响你辨别出什么是圆形。这就是一种简单而又抽象的模型。很多人都喜欢用这样的方式去认识世界,因为简洁利索而且没什么歧义。其实化学里也有这样的模型,我们这一讲要说的理想气体模型就和圆这种模型差不多。理想气体是一种不存在的物质,那么我们研究它有什么意义呢?
这一讲要解释的理想和实际就是针对这个疑问给出三个要点。首先我们解释第一个要点,我们来做一个思想实验,假如你现在要设计一台厢式电梯,要不要考虑乘坐人员的体型呢?显然任何一个电梯设计师都不会忽略这个问题。电梯里究竟可以塞下多少人,他们之间是不是会拥挤,都会关系到乘坐的舒适感,甚至影响到安全性。好了,我们再换一个问题,假如你现在要设计一间开放式的办公室,会考虑职员的体型吗?很少有人会这么做。对于办公室而言,舒适度的主要影响因素在于工位之间的距离。至于隔壁工位的同事,他是个胖子还是瘦子,对你的舒适度没什么影响。这其实就是理想气体模型建立的依据。
气体和液体还有固体不一样,它很稀薄,就算地球表面很稠密的空气里面分子的距离也是液体的十倍左右。所以液体中的分子就像电梯中的人一样挤在一起。这个时候分子的体积、形状、软硬等等参数都是化学家需要考虑的问题。但是在气体中,这就跟办公室里的工位一样了,需要考虑的核心问题就只是分子之间的距离。在这个基础上,化学上理想气体最早的简化方案其实就是把气体分子想象成只有质量没有体积,也没有结构的点,跟物理上所说的质点相似。
科学家们后来又完善了这个模型……