在物理化学中,$C_{vM}$(定容摩尔热容)的计算方法如下:
一、理想气体摩尔热容的计算公式
单原子理想气体
$C_{vM} = frac{3}{2}R$
其中 $R$ 为气体常数(8.314 J/(mol·K))。
双原子理想气体
$C_{vM} = frac{5}{2}R$
例如氧气($O_2$)为双原子分子,其 $C_{vM}$ 为 2.5R。
二、通用计算方法
对于任意理想气体,$C_{vM}$ 可通过以下关系式计算:
$$C_{vM} = frac{C_pM - C_vM}{R}$$
其中 $C_pM = frac{5}{2}R$(定压摩尔热容),$C_vM = frac{3}{2}R$(定容摩尔热容)。
三、示例计算
氢气($H_2$)
氢气为双原子分子,$C_{vM} = 2.5R$。若已知摩尔质量 $M = 2g/mol$,则定容热容为:
$$C_{vM} = frac{5}{2}R - frac{3}{2}R = R = 8.314 , text{J/(mol·K)}$$
氢气的定容热容约为 24.18 J/(mol·K)。
氧气($O_2$)
氧气为双原子分子,$C_{vM} = 2.5R$。摩尔质量 $M = 32g/mol$,则定容热容为:
$$C_{vM} = frac{5}{2}R - frac{3}{2}R = R = 8.314 , text{J/(mol·K)}$$
氧气的定容热容约为 34.46 J/(mol·K)。
四、注意事项
以上公式仅适用于理想气体,实际气体在高温或高压下可能偏离理想行为;
若已知 $C_p$(定压摩尔热容),也可通过 $C_{vM} = C_p - R$ 计算。
通过以上方法,可灵活计算不同气体的定容摩尔热容。