Ekte gasser: avvik fra idealitet

Ekte gasser: avvik fra idealitet
Ekte gasser: avvik fra idealitet
Anonim

Begrepet "ekte gasser" blant kjemikere og fysikere brukes til å kalle slike gasser, hvis egenskaper mest direkte avhenger av deres intermolekylære interaksjon. Selv om man i enhver spesialisert oppslagsbok kan lese at en mol av disse stoffene under normale forhold og steady state opptar et volum på omtrent 22,41108 liter. En slik uttalelse gjelder bare for de såk alte "ideelle" gassene, for hvilke kreftene til gjensidig tiltrekning og frastøting av molekyler, i samsvar med Clapeyron-ligningen, ikke virker, og volumet okkupert av sistnevnte er en ubetydelig verdi.

ekte gasser
ekte gasser

Selvfølgelig finnes ikke slike stoffer i naturen, så alle disse argumentene og beregningene er rent teoretiske. Men ekte gasser, som i en eller annen grad avviker fra idealitetens lover, finnes hele tiden. Mellom molekylene til slike stoffer er det alltid krefter av gjensidig tiltrekning, noe som innebærer at volumet deres er noe forskjellig fraavledet perfekt modell. Dessuten har alle ekte gasser forskjellige grader av avvik fra idealitet.

Men det er en veldig klar trend her: Jo mer kokepunktet til et stoff er nær null grader Celsius, jo mer vil denne forbindelsen skille seg fra den ideelle modellen. Statsligningen for en ekte gass, eid av den nederlandske fysikeren Johannes Diederik van der Waals, ble utledet av ham i 1873. Denne formelen, som har formen (p + n2a/V2) (V – nb)=nRT, har blitt sammenlignet med Clapeyron-ligning (pV=nRT), bestemt eksperimentelt. Den første av disse tar hensyn til kreftene til molekylær interaksjon, som ikke bare påvirkes av typen gass, men også av dens volum, tetthet og trykk. Den andre endringen bestemmer molekylvekten til et stoff.

Ligning for tilstanden til ekte gass
Ligning for tilstanden til ekte gass

Disse justeringene får den viktigste rollen ved høyt gasstrykk. For eksempel for nitrogen ved en indikator på 80 atm. beregninger vil avvike fra ideal med omtrent fem prosent, og med en økning i trykk til fire hundre atmosfærer vil forskjellen allerede nå hundre prosent. Det følger at lovene til en ideell gassmodell er svært omtrentlige. Avviket fra dem er både kvantitativt og kvalitativt. Den første manifesteres i det faktum at Clapeyron-ligningen observeres for alle virkelige gassformige stoffer veldig omtrentlig. Kvalitative avvik er mye dypere.

Ekte gasser kan godt konverteres ogtil en væske, og til en fast aggregeringstilstand, noe som ville være umulig hvis de strengt fulgte Clapeyron-ligningen. Intermolekylære krefter som virker på slike stoffer fører til dannelse av ulike kjemiske forbindelser. Igjen, dette er ikke mulig i et teoretisk ideelt gasssystem. Bindingene som dannes på denne måten kalles kjemiske eller valensbindinger. I tilfellet når en ekte gass er ionisert, begynner Coulomb-attraksjonskreftene å dukke opp i den, som bestemmer oppførselen, for eksempel til et plasma, som er et kvasinutr alt ionisert stoff. Dette er spesielt relevant i lys av det faktum at plasmafysikk i dag er en enorm, raskt utviklende vitenskapelig disiplin, som har en ekstremt bred anvendelse innen astrofysikk, teorien om radiobølgesignalutbredelse og problemet med kontrollerte kjernefysiske og termonukleære reaksjoner.

Ekte gassisotermer
Ekte gassisotermer

Kjemiske bindinger i virkelige gasser skiller seg praktisk t alt ikke fra molekylære krefter. Både de og andre er i det store og hele redusert til den elektriske interaksjonen mellom elementære ladninger, som hele atom- og molekylstrukturen til materie er bygget opp fra. En full forståelse av molekylære og kjemiske krefter ble imidlertid mulig først med fremkomsten av kvantemekanikken.

Det er verdt å erkjenne at ikke enhver materietilstand som er forenlig med ligningen til den nederlandske fysikeren kan implementeres i praksis. Dette krever også faktoren deres termodynamiske stabilitet. En av de viktige betingelsene for slik stabilitet til et stoff er at iI den isotermiske trykkligningen må en tendens til en reduksjon i kroppens totale volum observeres strengt. Med andre ord, ettersom verdien av V øker, må alle isotermene til den virkelige gassen falle jevnt og trutt. I mellomtiden, på van der Waals isotermiske tomter, observeres stigende seksjoner under det kritiske temperaturmerket. Punkter som ligger i slike soner tilsvarer en ustabil materietilstand, som ikke kan realiseres i praksis.

Anbefalt: