Pravi gasovi: odstupanje od idealnosti

Pravi gasovi: odstupanje od idealnosti
Pravi gasovi: odstupanje od idealnosti
Anonim

Izraz "pravi gasovi" među hemičarima i fizičarima se koristi za nazivanje takvih gasova, čija svojstva najdirektnije zavise od njihove međumolekularne interakcije. Iako se u bilo kojoj specijalizovanoj priručniku može pročitati da jedan mol ovih supstanci u normalnim uslovima i stacionarnom stanju zauzima zapreminu od približno 22,41108 litara. Takva tvrdnja vrijedi samo za takozvane "idealne" plinove, za koje, u skladu s Clapeyronovom jednadžbom, ne djeluju sile međusobnog privlačenja i odbijanja molekula, a volumen koji zauzimaju potonji je zanemarljiva vrijednost..

pravi gasovi
pravi gasovi

Naravno, takve supstance ne postoje u prirodi, tako da su svi ovi argumenti i proračuni čisto teoretski. Ali pravi gasovi, koji u ovoj ili drugoj meri odstupaju od zakona idealnosti, nalaze se stalno. Između molekula takvih supstanci uvijek postoje sile međusobnog privlačenja, što implicira da je njihov volumen nešto drugačiji odizveden savršen model. Štaviše, svi stvarni gasovi imaju različite stepene odstupanja od idealnosti.

Ali ovde postoji vrlo jasan trend: što je tačka ključanja supstance blizu nula stepeni Celzijusa, to će se ovo jedinjenje više razlikovati od idealnog modela. Jednačinu stanja za pravi gas, u vlasništvu holandskog fizičara Johanesa Diderika van der Valsa, izveo je on 1873. godine. Ova formula, koja ima oblik (p + n2a/V2) (V – nb)=nRT, upoređena je sa Clapeyronova jednadžba (pV=nRT), određena eksperimentalno. Prvi od njih uzima u obzir sile molekularne interakcije, na koje ne utiče samo vrsta gasa, već i njegova zapremina, gustina i pritisak. Drugi amandman određuje molekularnu težinu supstance.

Jednačina stanja realnog gasa
Jednačina stanja realnog gasa

Ova podešavanja dobijaju najznačajniju ulogu kod visokog pritiska gasa. Na primjer, za dušik na indikatoru od 80 atm. proračuni će se razlikovati od idealnih za oko pet posto, a s povećanjem pritiska na četiri stotine atmosfera, razlika će već dostići sto posto. Iz toga slijedi da su zakoni modela idealnog plina vrlo približni. Odstupanje od njih je i kvantitativno i kvalitativno. Prvi se očituje u činjenici da se Clapeyronova jednačina za sve stvarne plinovite tvari promatra vrlo približno. Kvalitativna odstupanja su mnogo dublja.

Pravi gasovi se mogu pretvoriti iu tečno, iu čvrsto agregacijsko stanje, što bi bilo nemoguće da su striktno slijedili Clapeyronovu jednačinu. Intermolekularne sile koje djeluju na takve tvari dovode do stvaranja različitih kemijskih spojeva. Opet, ovo nije moguće u teoretskom idealnom gasnom sistemu. Veze nastale na ovaj način nazivaju se hemijskim ili valentnim vezama. U slučaju kada je pravi plin joniziran, u njemu se počinju pojavljivati Kulonove sile privlačenja koje određuju ponašanje, na primjer, plazme, koja je kvazi-neutralna ionizirana supstanca. Ovo je posebno relevantno u svjetlu činjenice da je fizika plazme danas ogromna naučna disciplina koja se brzo razvija, koja ima izuzetno široku primjenu u astrofizici, teoriji širenja radiotalasnog signala i problemu kontroliranih nuklearnih i termonuklearnih reakcija.

Realne gasne izoterme
Realne gasne izoterme

Hemijske veze u stvarnim gasovima po svojoj prirodi se praktično ne razlikuju od molekularnih sila. I oni i drugi, uglavnom, svode se na električnu interakciju između elementarnih naboja, od kojih je izgrađena cjelokupna atomska i molekularna struktura materije. Međutim, potpuno razumijevanje molekularnih i hemijskih sila postalo je moguće tek s pojavom kvantne mehanike.

Vrijedi priznati da se ne može svako stanje materije kompatibilno s jednačinom holandskog fizičara primijeniti u praksi. Za to je također potreban faktor njihove termodinamičke stabilnosti. Jedan od važnih uslova za takvu stabilnost supstance je da uU izotermnoj jednačini tlaka mora se strogo poštovati tendencija smanjenja ukupnog volumena tijela. Drugim riječima, kako se vrijednost V povećava, sve izoterme stvarnog plina moraju stalno pasti. U međuvremenu, na van der Waalsovim izotermnim plohama, uočeni su dijelovi ispod kritične temperature. Tačke koje leže u takvim zonama odgovaraju nestabilnom stanju materije, što se u praksi ne može ostvariti.

Preporučuje se: