比容：水，空气，蒸汽，氮气和理想气体 - 化学

的比容是每个元素或材料的特性强度性质。在数学上，它被定义为一定量的物质（一公斤或一克）所占体积之间的关系；换句话说，它是密度的倒数。

密度表示1毫升物质的重量（液体，固体，气体或均匀或非均质的混合物），而比体积是指占1克（或1千克）的物质的体积。因此，知道物质的密度，就足以计算倒数以确定其比容。

“特定”一词指的是什么？当任何特性被说成是特定的时，表示它表示为质量的函数，这允许其从广泛的特性（取决于质量）转换为密集的特性（在系统中的所有点都是连续的）。

通常以比体积表示的单位是（m ³ / Kg）或（cm ³ / g）。但是，尽管此属性不取决于质量，但确实取决于其他变量，例如入射到物质上的温度或压力。这导致一克物质在较高温度下占据更多的体积。

的水

在第一个图像中，您可以看到一滴水滴即将与液体表面混合。因为它自然是一种物质，所以其质量像其他任何物质一样占据体积。该宏观体积是体积及其分子相互作用的乘积。

水分子的化学式为H ₂ O，分子量约为18g / mol。它呈现的密度还取决于温度，在宏观上，其分子分布被认为是尽可能均匀的。

在温度为T的密度值ρ下，要计算液态水的比容，只需应用以下公式即可：

v =（1 /ρ）

通过使用比重瓶实验确定水的密度，然后进行数学计算来计算。由于每种物质的分子互不相同，因此产生的比容也会不同。

如果在宽温度范围内水的密度为0.997 kg / m ³，则其比容为1.003 m ³ / kg。

空气是一种均匀的气体混合物，主要由氮气（78％），其次是氧气（21％），最后是地球大气中的其他气体组成。它的密度是所有分子混合物的宏观表达，这些分子不能有效地相互作用并在所有方向上传播。

由于假定该物质是连续的，因此在容器中的散布不会改变其成分。同样，通过在所描述的温度和压力条件下测量密度，可以确定1 g空气占据了多少体积。

由于比容是1 /ρ，并且其ρ小于水的比容，因此其比容较大。

对这一事实的解释是基于水与空气的分子相互作用。后者即使在潮湿的情况下也不会冷凝，除非它处于非常冷的温度和高压下。

在相同条件下，一克蒸气所占的体积会比一克空气所占的体积大吗？空气中的空气比水更稠密，因为与水分子不同，空气是上述气体的混合物。

由于比体积是密度的倒数，因此一克蒸汽比一克空气占据更多的体积（密度较小）。

蒸汽作为流体的物理特性在许多工业过程中至关重要：在热交换器内部，以增加湿度，清洁机械等。

在工业中处理大量蒸汽时，要考虑很多变量，尤其是在流体力学方面。

像其他气体一样，其密度在很大程度上取决于压力（与固体和液体不同）和温度。因此，其特定体积的值根据这些变量而变化。因此，需要确定其比重以根据强度特性来表达系统。

没有实验值，通过分子推理，很难将氮的密度与其他气体的密度进行比较。氮分子是线性的（N≡N），水分子是有角的。

由于“线”比“回旋镖”占据的体积小，因此根据密度（m / V）的定义，氮比水更稠密。使用1.2506Kg / m ³的密度，在测量该值的条件下的比容为0.7996m ³ / Kg。它仅是倒数（1 /ρ）。

理想气体是遵循以下公式的气体：

P = nRT / V

可以看出，该方程没有考虑任何变量，例如分子结构或体积；也没有考虑气体分子在系统定义的空间中如何相互作用。

在有限的温度和压力范围内，所有气体都“表现”相同；因此，在一定程度上假设它们服从理想气体方程是有效的。因此，根据该方程式，可以确定多种气体特性，包括比容。

为了解决这个问题，有必要用密度变量表示方程：质量和体积。摩尔数用n表示，这是气体质量除以其分子质量（m / M）的结果。

将等式中的可变质量m乘以体积，可以得到密度。从这里开始，清除密度，然后“翻转”方程式的两边就足够了。这样，最终确定了比容。

下图说明了达到理想气体比容最终表达式的每个步骤。