Rigtige gasser: afvigelse fra idealitet

Rigtige gasser: afvigelse fra idealitet
Rigtige gasser: afvigelse fra idealitet
Anonim

Udtrykket "rigtige gasser" blandt kemikere og fysikere bruges til at kalde sådanne gasser, hvis egenskaber mest direkte afhænger af deres intermolekylære interaktion. Selvom man i enhver specialiseret opslagsbog kan læse, at et mol af disse stoffer under normale forhold og steady state fylder et volumen på cirka 22,41108 liter. En sådan erklæring er kun sand for de såkaldte "ideelle" gasser, for hvilke kræfterne til gensidig tiltrækning og frastødning af molekyler i overensstemmelse med Clapeyron-ligningen ikke virker, og volumenet optaget af sidstnævnte er en ubetydelig værdi.

rigtige gasser
rigtige gasser

Selvfølgelig findes sådanne stoffer ikke i naturen, så alle disse argumenter og beregninger er rent teoretiske. Men ægte gasser, som i en eller anden grad afviger fra idealitetens love, findes hele tiden. Mellem molekylerne af sådanne stoffer er der altid kræfter af gensidig tiltrækning, hvilket indebærer, at deres volumen er noget anderledes endafledt perfekt model. Desuden har alle rigtige gasser forskellige grader af afvigelse fra idealitet.

Men der er en meget klar tendens her: Jo mere kogepunktet for et stof er tæt på nul grader Celsius, jo mere vil denne forbindelse afvige fra den ideelle model. Statsligningen for en rigtig gas, ejet af den hollandske fysiker Johannes Diederik van der Waals, blev afledt af ham i 1873. Denne formel, som har formen (p + n2a/V2) (V – nb)=nRT, er blevet sammenlignet med Clapeyron-ligning (pV=nRT), bestemt eksperimentelt. Den første af disse tager højde for kræfterne af molekylær interaktion, som ikke kun påvirkes af typen af gas, men også af dens volumen, tæthed og tryk. Den anden ændring bestemmer molekylvægten af et stof.

Ligning for tilstand af virkelig gas
Ligning for tilstand af virkelig gas

Disse justeringer får den vigtigste rolle ved højt gastryk. For eksempel for nitrogen ved en indikator på 80 atm. beregninger vil afvige fra ideal med omkring fem procent, og med en stigning i trykket til fire hundrede atmosfærer vil forskellen allerede nå et hundrede procent. Det følger heraf, at lovene for en ideel gasmodel er meget omtrentlige. Afvigelsen fra dem er både kvantitativ og kvalitativ. Den første manifesteres i det faktum, at Clapeyron-ligningen observeres for alle virkelige gasformige stoffer meget omtrentligt. Kvalitative afvigelser er meget dybere.

Rigtige gasser kan meget vel konverteres ogtil en væske og i en fast aggregeringstilstand, hvilket ville være umuligt, hvis de nøje fulgte Clapeyron-ligningen. Intermolekylære kræfter, der virker på sådanne stoffer, fører til dannelsen af forskellige kemiske forbindelser. Igen er dette ikke muligt i et teoretisk idealgassystem. Bindingerne dannet på denne måde kaldes kemiske eller valensbindinger. I det tilfælde, hvor en rigtig gas er ioniseret, begynder Coulomb-tiltrækningskræfterne at dukke op i den, som bestemmer adfærden for for eksempel et plasma, som er et kvasi-neutr alt ioniseret stof. Dette er især relevant i lyset af det faktum, at plasmafysik i dag er en enorm, hurtigt udviklende videnskabelig disciplin, som har en ekstrem bred anvendelse inden for astrofysik, teorien om radiobølgesignaludbredelse og problemet med kontrollerede nukleare og termonukleare reaktioner.

Ægte gasisotermer
Ægte gasisotermer

Kemiske bindinger i virkelige gasser adskiller sig efter deres natur praktisk t alt ikke fra molekylære kræfter. Både disse og andre er i det store og hele reduceret til den elektriske vekselvirkning mellem elementære ladninger, hvorfra hele stoffets atomare og molekylære struktur er bygget op. En fuld forståelse af molekylære og kemiske kræfter blev imidlertid først mulig med fremkomsten af kvantemekanikken.

Det er værd at erkende, at ikke enhver materietilstand, der er kompatibel med den hollandske fysikers ligning, kan implementeres i praksis. Dette kræver også faktoren af deres termodynamiske stabilitet. En af de vigtige betingelser for en sådan stabilitet af et stof er, at iI den isotermiske trykligning skal en tendens til et fald i kroppens samlede volumen nøje overholdes. Med andre ord, når værdien af V stiger, skal alle isotermer af den virkelige gas falde støt. I mellemtiden, på van der Waals isotermiske plots, observeres stigende sektioner under det kritiske temperaturmærke. Punkter, der ligger i sådanne zoner, svarer til en ustabil tilstand af stof, som ikke kan realiseres i praksis.

Anbefalede: