Gas sebenar: sisihan daripada idealiti

Gas sebenar: sisihan daripada idealiti
Gas sebenar: sisihan daripada idealiti
Anonim

Istilah "gas sebenar" di kalangan ahli kimia dan ahli fizik digunakan untuk memanggil gas sedemikian, yang sifatnya secara langsung bergantung pada interaksi antara molekulnya. Walaupun dalam mana-mana buku rujukan khusus seseorang boleh membaca bahawa satu tahi lalat bahan ini di bawah keadaan normal dan keadaan mantap menempati isipadu kira-kira 22.41108 liter. Pernyataan sedemikian adalah benar hanya untuk gas yang dipanggil "ideal", yang mana, mengikut persamaan Clapeyron, daya tarikan dan tolakan bersama molekul tidak bertindak, dan isipadu yang diduduki oleh yang terakhir adalah nilai yang boleh diabaikan..

gas sebenar
gas sebenar

Sudah tentu, bahan tersebut tidak wujud dalam alam semula jadi, jadi semua hujah dan pengiraan ini adalah teori semata-mata. Tetapi gas sebenar, yang menyimpang ke satu darjah atau yang lain daripada undang-undang idealiti, ditemui sepanjang masa. Di antara molekul-molekul bahan tersebut sentiasa terdapat daya tarikan bersama, yang membayangkan bahawa isipadunya agak berbeza daripadamemperoleh model sempurna. Selain itu, semua gas sebenar mempunyai darjah sisihan yang berbeza daripada idealiti.

Tetapi terdapat trend yang sangat jelas di sini: semakin takat didih sesuatu bahan menghampiri sifar darjah Celsius, semakin banyak sebatian ini berbeza daripada model ideal. Persamaan keadaan untuk gas sebenar, yang dimiliki oleh ahli fizik Belanda Johannes Diederik van der Waals, telah diperolehi oleh beliau pada tahun 1873. Formula ini, yang mempunyai bentuk (p + n2a/V2) (V – nb)=nRT, telah dibandingkan dengan Persamaan Clapeyron (pV=nRT), ditentukan secara eksperimen. Yang pertama ini mengambil kira daya interaksi molekul, yang dipengaruhi bukan sahaja oleh jenis gas, tetapi juga oleh isipadu, ketumpatan dan tekanannya. Pindaan kedua menentukan berat molekul bahan.

Persamaan keadaan gas sebenar
Persamaan keadaan gas sebenar

Pelarasan ini memperoleh peranan paling penting pada tekanan gas tinggi. Sebagai contoh, untuk nitrogen pada penunjuk 80 atm. pengiraan akan berbeza daripada ideal sebanyak kira-kira lima peratus, dan dengan peningkatan tekanan kepada empat ratus atmosfera, perbezaannya sudah mencapai seratus peratus. Ia berikutan bahawa undang-undang model gas ideal adalah sangat anggaran. Penyimpangan daripada mereka adalah kuantitatif dan kualitatif. Yang pertama ditunjukkan dalam fakta bahawa persamaan Clapeyron diperhatikan untuk semua bahan gas sebenar hampir. Sisihan kualitatif adalah lebih mendalam.

Gas sebenar mungkin boleh ditukar danmenjadi cecair, dan ke dalam keadaan terkumpul pepejal, yang mustahil jika mereka mengikuti persamaan Clapeyron dengan ketat. Daya antara molekul yang bertindak ke atas bahan tersebut membawa kepada pembentukan pelbagai sebatian kimia. Sekali lagi, ini tidak mungkin dalam sistem gas ideal teori. Ikatan yang terbentuk dengan cara ini dipanggil ikatan kimia atau valens. Dalam kes apabila gas sebenar diionkan, daya tarikan Coulomb mula muncul di dalamnya, yang menentukan kelakuan, sebagai contoh, plasma, yang merupakan bahan terion separa neutral. Ini amat relevan memandangkan fakta bahawa fizik plasma hari ini ialah disiplin saintifik yang luas dan berkembang pesat, yang mempunyai aplikasi yang sangat luas dalam astrofizik, teori perambatan isyarat gelombang radio, dan masalah tindak balas nuklear dan termonuklear terkawal.

Isoterma gas sebenar
Isoterma gas sebenar

Ikatan kimia dalam gas nyata mengikut sifatnya secara praktikal tidak berbeza daripada daya molekul. Kedua-dua itu dan lain-lain, secara umumnya, dikurangkan kepada interaksi elektrik antara cas asas, dari mana keseluruhan struktur atom dan molekul jirim dibina. Walau bagaimanapun, pemahaman penuh tentang daya molekul dan kimia menjadi mungkin hanya dengan kemunculan mekanik kuantum.

Adalah wajar untuk menyedari bahawa tidak semua keadaan jirim yang serasi dengan persamaan ahli fizik Belanda boleh dilaksanakan secara praktikal. Ini juga memerlukan faktor kestabilan termodinamik mereka. Salah satu syarat penting untuk kestabilan bahan tersebut ialah dalamDalam persamaan tekanan isoterma, kecenderungan penurunan jumlah isipadu badan mesti dipatuhi dengan ketat. Dalam erti kata lain, apabila nilai V meningkat, semua isoterma gas sebenar mesti jatuh secara berterusan. Sementara itu, pada plot isoterma van der Waals, bahagian yang meningkat diperhatikan di bawah tanda suhu kritikal. Titik yang terletak di zon sedemikian sepadan dengan keadaan jirim yang tidak stabil, yang tidak dapat direalisasikan dalam amalan.

Disyorkan: