Удельный объём v – объём, занимаемый единицей массы вещества. Если вещество однородно и имеет ненарушенную сплошность, то

 

v = V/ М = 1/ r, (1.4.16)

 

где V, М – объём, м³, и масса, кг, вещества; r - плотность вещества, то есть масса единицы объёма вещества, кг/м³; [ v ] = м³/кг. Соответственно vr = 1.

Если сплошность веществ нарушена порами, трещинами, пустотами, например, горные породы, то r таких веществ есть масса единицы объёма твёрдой фазы (твёрдая фаза горных пород – это их минеральный скелет). Плотность веществ определяется обычно экспериментально. Однако в ряде случаев для многокомпонентных веществ она может быть рассчитана на основании данных о плотности отдельных компонентов и их содержании в веществе. Метод расчёта будет рассмотрен ниже.

Для веществ с нарушенной сплошностью, когда часть объёма занята порами, трещинами, пустотами:

v = 1/ r_об, (1.4.17)

 

где r_об – объёмная плотность вещества, то есть масса единицы объёма сухого вещества в его естественном ненарушенном состоянии, кг/м³.

Взаимосвязь между r и r_об имеет следующий вид:

 

r_об = r (1 - Р_о.п), (1.4.18)

 

где Р_о.п – показатель общей пористости (разрешён термин общая пористость), характеризующий объёмную долю всех пустот в веществе, находящемся в естественном ненарушенном состоянии, определяется как
Р_о.п = V_пор / V = V_пор / (V_пор + V_т.ф), отн. ед.; V -объём сухого вещества в естественном ненарушенномсостоянии, м³ ; V_пор , V_т.ф - объём пор, трещин, пустот и твёрдой фазы в веществе, находящемся соответственно в естественном ненарушенном состоянии, м³.

Величина Р_о.п может измеряться либо в долях единицы (далее дол. ед.), как в формуле (1.4.18), либо в объёмных процентах. В последнем случае Р_о.п определяется как Р_о.п = 100 V_пор / (V_пор + V_т.ф) и перед Р_о.п в (1.4.18) появляется сомножитель 0,01.

Если вещество, образующее ТС, находится в разрыхленном (разрушенном) состоянии, то v определяется как

 

v = 1/ r_нас, (1.4.19)

 

где r_нас - насыпная плотность вещества, то есть масса единицы объёма сухого вещества в разрыхленном состоянии, кг/м³.

Величина r _нас определяется следующим образом:

 

r_нас = r_об /К_р = r(1 - Р_о.п)/К_р , (1.4.20)

где К_р – коэффициент разрыхления, показывающий, во сколько раз увеличивается объём вещества при его разрыхлении (разрушении),
К_р = V_разр / V; V_разр – объём сухого вещества, получаемый в результате его разрыхления.

На практике обычно принято определять не v, а r, r_об и r_нас. Определяются они экспериментально по соответствующим методикам. У многокомпонентных веществ (смесей) плотность может быть рассчитана на основании данных о плотности их отдельных компонентов и их содержании в этих веществах. Метод этого расчёта будет рассмотрен ниже.

Одновременно с удельным объёмом v в термодинамике, при необходимости, используются молярныйV_m и абсолютный V объёмы. Последний в основном называют просто объёмом.

Молярный объёмV_m - объём 1 моля вещества. Наиболее широко применяется в химической термодинамике и при рассмотрении ТС, образованных газами и их смесями. Он определяется как

 

V_m = V/ n_m или V_m = m /r = vm, (1.4.21)

 

где n_m - количество вещества, образующего ТС, моль; m - молярнаямасса вещества, кг/моль.

Количество вещества n_m - физическая величина, определяемая числом специфических структурных элементов (формульных единиц), образующих это вещество. Специфические структурные элементы (в химической термодинамике их называют формульными единицами) - это реально существующие частицы, такие, как атомы, молекулы, ионы, электроны, условные молекулы кристаллических веществ и полимеров и другие частицы или специфицированные группы частиц.

Единицей измерения количества вещества установлен моль, характеризующий количество вещества системы, содержащей столько же специфических структурных элементов, сколько содержится в 0,012 кг изотопа углерода ( 12 – массовое число углерода, то есть сумма протонов и нейтронов в его ядре, 6 – число протонов ). Число атомов в 0,012 кг равно постоянной Авогадро, называемой числом Авогадро, имеющей наиболее достоверное значение (на 1986 г.) N _A = 6,02213667 × 10²³ моль^-1. Таким образом, N _A выражает число специфических структурных элементов, содержащихся в одном моле вещества.

Молярнаямасса веществаm - масса одного моля:

 

m = М / n_m, (1.4.23)

 

где М – масса вещества, кг; [ m ] = кг/моль.

На практике m как однокомпонентных, так и многокомпонентных веществ экспериментально не определяют, а рассчитывают, принимая во внимание, что молярная масса однокомпонентного вещества пропорциональна его относительной молекулярной массеМ _r (В), являющейся, как известно, безразмерной величиной, выражаемой в относительных единицах:

 

m = K_m М _r(В), (1.4.24)

 

где K_m – размерный коэффициент пропорциональности, зависящий от системы единиц и равный: в СИ K_m = 1 кг/кмоль = 10^-3 кг/моль, в СГС
K_m = 1 г/моль.

Следовательно, величина m, выраженная в кг/кмоль и г/моль, численно совпадает с относительной молекулярной массойМ _r(В).

Относительная молекулярная массаМ _r(В) вещества – физическая величина, равная отношению средней массы молекулы вещества к 1/12 массы атома углерода :

М _r (В) = , (1.4.25)

 

где () – масса атома углерода .

Величина М _r(В) зависит от состава молекулы и определяется по формуле:

М _r(В) = , (1.4.26)

 

где A_r,i(ХЭ) – относительная атомная масса i- го химического элемента, атомы которого входят в состав молекулы вещества; n_a,i – число атомов i- го химического элемента в молекуле; j – количество элементов, образующих молекулу.

Относительная атомная масса A_r,i(ХЭ) химического элемента - физическая величина, равная отношению средней массы атома данного химического элемента при его природном изотопном составе к ():

 

A_r,i(ХЭ) = . (1.4.27)

 

Из равенства (1.4.27) следует, что A_r,i(ХЭ) является безразмерной величиной и выражается в относительных единицах. Величины A_r,i(ХЭ), как известно, приведены в таблице «Периодическая система элементов Д.И. Менделеева».