Reālas gāzes: novirze no ideālitātes

Reālas gāzes: novirze no ideālitātes
Reālas gāzes: novirze no ideālitātes
Anonim

Ķīmiķu un fiziķu vidū termins "īstās gāzes" tiek lietots, lai apzīmētu šādas gāzes, kuru īpašības vistiešāk ir atkarīgas no to starpmolekulārās mijiedarbības. Lai gan jebkurā specializētā uzziņu grāmatā var lasīt, ka viens mols šo vielu normālos apstākļos un līdzsvara stāvoklī aizņem aptuveni 22,41108 litrus. Šāds apgalvojums attiecas tikai uz tā sauktajām "ideālajām" gāzēm, kurām saskaņā ar Klepeirona vienādojumu molekulu savstarpējās pievilkšanās un atgrūšanas spēki nedarbojas, un pēdējo aizņemtais tilpums ir niecīga vērtība..

īstas gāzes
īstas gāzes

Protams, šādas vielas dabā neeksistē, tāpēc visi šie argumenti un aprēķini ir tīri teorētiski. Bet reālas gāzes, kas vienā vai otrā pakāpē novirzās no idealitātes likumiem, tiek atrastas visu laiku. Starp šādu vielu molekulām vienmēr pastāv savstarpējas pievilkšanās spēki, kas nozīmē, ka to apjoms nedaudz atšķiras noatvasināts ideāls modelis. Turklāt visām reālajām gāzēm ir dažādas pakāpes novirzes no ideālitātes.

Bet šeit ir ļoti skaidra tendence: jo vairāk vielas viršanas temperatūra ir tuvu nulles grādiem pēc Celsija, jo vairāk šis savienojums atšķirsies no ideālā modeļa. Stāvokļa vienādojumu īstai gāzei, kas piederēja holandiešu fiziķim Johannesam Dīderikam van der Vālsam, viņš atvasināja 1873. gadā. Šī formula, kuras forma ir (p + n2a/V2) (V – nb)=nRT, ir salīdzināta ar Klepeirona vienādojums (pV=nRT), noteikts eksperimentāli. Pirmajā no tiem ņemti vērā molekulārās mijiedarbības spēki, kurus ietekmē ne tikai gāzes veids, bet arī tās tilpums, blīvums un spiediens. Otrais grozījums nosaka vielas molekulmasu.

Reālās gāzes stāvokļa vienādojums
Reālās gāzes stāvokļa vienādojums

Šie pielāgojumi iegūst visnozīmīgāko lomu augsta gāzes spiediena gadījumā. Piemēram, slāpeklim pie indikatora 80 atm. aprēķini no ideālā atšķirsies par aptuveni pieciem procentiem, un, palielinoties spiedienam līdz četrsimt atmosfērām, atšķirība jau sasniegs simts procentus. No tā izriet, ka ideālas gāzes modeļa likumi ir ļoti aptuveni. Novirze no tām ir gan kvantitatīva, gan kvalitatīva. Pirmais izpaužas faktā, ka Klepeirona vienādojums visām reālajām gāzveida vielām tiek ievērots ļoti aptuveni. Kvalitatīvas novirzes ir daudz dziļākas.

Īstas gāzes var labi pārveidot unšķidrumā un cietā agregācijas stāvoklī, kas būtu neiespējami, ja tie stingri ievērotu Klepeirona vienādojumu. Starpmolekulārie spēki, kas iedarbojas uz šādām vielām, izraisa dažādu ķīmisku savienojumu veidošanos. Atkal, teorētiskā ideālā gāzes sistēmā tas nav iespējams. Šādā veidā izveidotās saites sauc par ķīmiskajām vai valences saitēm. Gadījumā, ja tiek jonizēta īsta gāze, tajā sāk parādīties Kulona pievilkšanās spēki, kas nosaka, piemēram, plazmas, kas ir kvazineitrāla jonizēta viela, uzvedību. Tas ir īpaši svarīgi, ņemot vērā faktu, ka plazmas fizika mūsdienās ir plaša, strauji augoša zinātnes disciplīna, kurai ir ārkārtīgi plašs pielietojums astrofizikā, radioviļņu signālu izplatīšanās teorijā un vadāmu kodolreakciju un kodoltermisko reakciju problēmā.

Īstas gāzes izotermas
Īstas gāzes izotermas

Ķīmiskās saites reālās gāzēs pēc savas būtības praktiski neatšķiras no molekulārajiem spēkiem. Gan tie, gan citi kopumā ir reducēti uz elektrisko mijiedarbību starp elementārlādiņiem, no kuriem tiek veidota visa matērijas atomu un molekulārā struktūra. Tomēr pilnīga izpratne par molekulārajiem un ķīmiskajiem spēkiem kļuva iespējama tikai līdz ar kvantu mehānikas parādīšanos.

Ir vērts atzīt, ka ne katrs vielas stāvoklis, kas atbilst holandiešu fiziķa vienādojumam, var tikt īstenots praksē. Tam nepieciešams arī to termodinamiskās stabilitātes faktors. Viens no svarīgajiem šādas vielas stabilitātes nosacījumiem ir tas, ka inIzotermiskā spiediena vienādojumā ir stingri jāievēro tendence uz kopējā ķermeņa tilpuma samazināšanos. Citiem vārdiem sakot, pieaugot V vērtībai, visām reālās gāzes izotermām ir nepārtraukti jāsamazinās. Tikmēr van der Vālsa izotermiskajos laukumos zem kritiskās temperatūras atzīmes tiek novēroti pieauguma posmi. Punkti, kas atrodas šādās zonās, atbilst nestabilam vielas stāvoklim, ko praktiski nevar realizēt.

Ieteicams: