Одноатомный газ

В физике и химии «одноатомный» представляет собой комбинацию слов «моно» и «атомный» и означает «одиночный атом ». Обычно его применяют к газам : одноатомный газ — это газ, в котором атомы не связаны друг с другом. Примеры стандартных условий температуры и давления включают все благородные газы ( гелий , неон , аргон , криптон , ксенон и радон ), хотя все химические элементы будут одноатомными в газовой фазе при достаточно высокой температуре (или очень низком давлении). Термодинамическое поведение одноатомного газа намного проще по сравнению с многоатомными газами , поскольку он лишен какой-либо вращательной или колебательной энергии .

Благородные газы

Единственными химическими элементами, которые представляют собой стабильные отдельные атомы (поэтому они не являются молекулами ) при стандартной температуре и давлении (STP), являются благородные газы . Это гелий , неон , аргон , криптон , ксенон и радон . Благородные газы имеют полную внешнюю валентную оболочку, что делает их довольно нереакционноспособными. Хотя исторически эти элементы описывались как полностью инертные, химические соединения были синтезированы со всеми ними, кроме неона и гелия.

Инертные газы , сгруппированные вместе с гомоядерными двухатомными газами, такими как азот (N ₂ ), называются «элементарными газами», чтобы отличить их от молекул, которые также являются химическими соединениями .

Термодинамические свойства

Единственное возможное движение атома в одноатомном газе — поступательное (электронное возбуждение не имеет значения при комнатной температуре). по теореме о равнораспределении Таким образом , кинетическая энергия одного атома одноатомного газа при термодинамической температуре T определяется выражением ${\frac {3}{2}}k_{\text{B}}T$, где k _B – постоянная Больцмана . Один моль атомов содержит число Авогадро ( $N_{\text{A}}$) атомов, так что энергия одного моля атомов одноатомного газа равна ${\frac {3}{2}}k_{\text{B}}TN_{\text{A}}={\frac {3}{2}}RT$, где R — газовая постоянная .

В адиабатическом процессе одноатомные газы имеют идеализированный γ -фактор ( C _p / C _v ) 5/3, в отличие от 7/5 для идеальных двухатомных газов, где также способствует вращение (но не вибрация при комнатной температуре). Также для идеальных одноатомных газов:

молярная теплоемкость при постоянном давлении ( C _p ) равна 5/2 R = 20,8 Дж⋅К. ⁻¹ ⋅mol ⁻¹ (4.97  cal ⋅K ⁻¹ ⋅mol ⁻¹ ).

молярная теплоемкость при постоянном объеме ( C _v ) равна 3/2 R = 12,5 Дж⋅К. ⁻¹ ⋅mol ⁻¹ (2.98 cal⋅K ⁻¹ ⋅mol ⁻¹ ).