Tõelised gaasid: kõrvalekalle ideaalsusest

Tõelised gaasid: kõrvalekalle ideaalsusest
Tõelised gaasid: kõrvalekalle ideaalsusest
Anonim

Keemikute ja füüsikute seas kasutatakse terminit "päris gaasid" selliste gaaside nimetamiseks, mille omadused sõltuvad kõige otsesem alt nende molekulidevahelisest vastasmõjust. Ehkki igast spetsialiseeritud teatmeteosest võib lugeda, et üks mool neid aineid võtab normaalsetes tingimustes ja püsiseisundis umbes 22,41108 liitrit. Selline väide kehtib ainult nn "ideaalsete" gaaside kohta, mille puhul Clapeyroni võrrandi kohaselt molekulide vastastikuse tõmbe- ja tõukejõud ei toimi ning viimaste poolt hõivatud maht on tühine väärtus..

tõelised gaasid
tõelised gaasid

Looduses selliseid aineid muidugi ei eksisteeri, seega on kõik need argumendid ja arvutused puht alt teoreetilised. Kuid tõelisi gaase, mis ühel või teisel määral kalduvad kõrvale ideaalseadustest, leitakse kogu aeg. Selliste ainete molekulide vahel on alati vastastikuse tõmbejõud, mis tähendab, et nende maht erineb mõnevõrratuletatud täiuslik mudel. Veelgi enam, kõikidel reaalsetel gaasidel on ideaalsusest erinev kõrvalekalle.

Aga siin on väga selge trend: mida rohkem on aine keemistemperatuur nulli Celsiuse kraadi lähedal, seda rohkem see ühend ideaalmudelist erineb. Hollandi füüsikule Johannes Diederik van der Waalsile kuuluva tõelise gaasi olekuvõrrandi tuletas ta 1873. aastal. Seda valemit, mille vorm on (p + n2a/V2) (V – nb)=nRT, on võrreldud Clapeyroni võrrand (pV=nRT), määratud eksperimentaalselt. Esimene neist võtab arvesse molekulaarse interaktsiooni jõude, mida ei mõjuta mitte ainult gaasi tüüp, vaid ka selle maht, tihedus ja rõhk. Teine muudatus määrab aine molekulmassi.

Reaalse gaasi olekuvõrrand
Reaalse gaasi olekuvõrrand

Neil seadistustel on kõige olulisem roll kõrge gaasirõhu korral. Näiteks lämmastiku jaoks indikaatoril 80 atm. arvutused erinevad ideaalist umbes viis protsenti ja rõhu tõusuga neljasaja atmosfäärini ulatub erinevus juba saja protsendini. Sellest järeldub, et ideaalse gaasimudeli seadused on väga ligikaudsed. Kõrvalekaldumine neist on nii kvantitatiivne kui ka kvalitatiivne. Esimene väljendub selles, et Clapeyroni võrrandit järgitakse kõigi reaalsete gaasiliste ainete puhul väga ligikaudselt. Kvalitatiivsed kõrvalekalded on palju sügavamad.

Päris gaase võib hästi muundada javedelaks ja tahkeks agregatsiooniks, mis oleks võimatu, kui nad järgiksid rangelt Clapeyroni võrrandit. Sellistele ainetele mõjuvad molekulidevahelised jõud põhjustavad erinevate keemiliste ühendite moodustumist. Jällegi pole see teoreetilises ideaalses gaasisüsteemis võimalik. Sel viisil moodustunud sidemeid nimetatakse keemilisteks ehk valentssidemeteks. Kui reaalne gaas ioniseeritakse, hakkavad selles ilmnema Coulombi külgetõmbejõud, mis määravad näiteks plasma, mis on kvaasineutraalne ioniseeritud aine, käitumise. See on eriti asjakohane, pidades silmas tõsiasja, et plasmafüüsika on tänapäeval ulatuslik ja kiiresti arenev teadusharu, millel on äärmiselt lai rakendus astrofüüsikas, raadiolainete signaali levimise teoorias ning juhitavate tuuma- ja termotuumareaktsioonide probleemis.

Päris gaasi isotermid
Päris gaasi isotermid

Päris gaaside keemilised sidemed oma olemuselt praktiliselt ei erine molekulaarjõududest. Nii need kui ka teised on üldiselt taandatud elementaarlaengute vahelisele elektrilisele interaktsioonile, millest on ehitatud kogu aine aatom- ja molekulaarstruktuur. Molekulaarsete ja keemiliste jõudude täielik mõistmine sai aga võimalikuks alles kvantmehaanika tulekuga.

Tasub tunnistada, et kõiki Hollandi füüsiku võrrandiga ühilduvaid aine olekuid ei saa praktikas rakendada. See nõuab ka nende termodünaamilise stabiilsuse tegurit. Aine sellise stabiilsuse üks olulisi tingimusi on see, et inIsotermilise rõhu võrrandis tuleb rangelt jälgida kalduvust keha kogumahu vähenemisele. Teisisõnu, kui V väärtus suureneb, peavad kõik tegeliku gaasi isotermid pidev alt langema. Samal ajal on van der Waalsi isotermilistel proovitükkidel kriitilisest temperatuurimärgist madalamad tõusvad lõigud. Sellistes tsoonides asuvad punktid vastavad aine ebastabiilsele olekule, mida praktikas ei saa realiseerida.

Soovitan: