Echte gassen: afwijking van idealiteit

Echte gassen: afwijking van idealiteit
Echte gassen: afwijking van idealiteit
Anonim

De term 'echte gassen' onder chemici en natuurkundigen wordt gebruikt om dergelijke gassen te noemen, waarvan de eigenschappen het meest direct afhangen van hun intermoleculaire interactie. Hoewel in elk gespecialiseerd naslagwerk kan worden gelezen dat één mol van deze stoffen onder normale omstandigheden en stationair een volume van ongeveer 22,41108 liter inneemt. Een dergelijke verklaring geldt alleen voor de zogenaamde "ideale" gassen, waarvoor, in overeenstemming met de Clapeyron-vergelijking, de krachten van wederzijdse aantrekking en afstoting van moleculen niet werken, en het volume dat door de laatste wordt ingenomen een verwaarloosbare waarde is.

echte gassen
echte gassen

Natuurlijk bestaan dergelijke stoffen niet in de natuur, dus al deze argumenten en berekeningen zijn puur theoretisch. Maar echte gassen, die tot op zekere hoogte afwijken van de wetten van idealiteit, worden voortdurend gevonden. Tussen de moleculen van dergelijke stoffen zijn er altijd krachten van wederzijdse aantrekkingskracht, wat inhoudt dat hun volume enigszins verschilt vanafgeleid perfect model. Bovendien hebben alle echte gassen verschillende graden van afwijking van idealiteit.

Maar er is hier een heel duidelijke trend: hoe meer het kookpunt van een stof dicht bij nul graden Celsius ligt, hoe meer deze verbinding zal verschillen van het ideale model. De toestandsvergelijking voor een echt gas, eigendom van de Nederlandse natuurkundige Johannes Diederik van der Waals, werd door hem in 1873 afgeleid. Deze formule, die de vorm heeft (p + n2a/V2) (V – nb)=nRT, is vergeleken met de Clapeyron-vergelijking (pV=nRT), experimenteel bepaald. De eerste hiervan houdt rekening met de krachten van moleculaire interactie, die niet alleen worden beïnvloed door het type gas, maar ook door het volume, de dichtheid en de druk. Het tweede amendement bepa alt het molecuulgewicht van een stof.

Vergelijking van de toestand van echt gas
Vergelijking van de toestand van echt gas

Deze aanpassingen krijgen de belangrijkste rol bij hoge gasdruk. Bijvoorbeeld voor stikstof bij een indicator van 80 atm. berekeningen zullen ongeveer vijf procent afwijken van ideaal, en bij een drukverhoging tot vierhonderd atmosfeer zal het verschil al honderd procent bedragen. Hieruit volgt dat de wetten van een ideaal gasmodel zeer benaderend zijn. De afwijking daarvan is zowel kwantitatief als kwalitatief. Het eerste komt tot uiting in het feit dat de Clapeyron-vergelijking voor alle echte gasvormige stoffen zeer ongeveer wordt waargenomen. Kwalitatieve afwijkingen zijn veel dieper.

Echte gassen kunnen heel goed worden omgezet enin een vloeistof en in een vaste aggregatietoestand, wat onmogelijk zou zijn als ze de Clapeyron-vergelijking strikt zouden volgen. Intermoleculaire krachten die op dergelijke stoffen inwerken, leiden tot de vorming van verschillende chemische verbindingen. Nogmaals, dit is niet mogelijk in een theoretisch ideaal gassysteem. De op deze manier gevormde bindingen worden chemische of valentiebindingen genoemd. In het geval dat een echt gas wordt geïoniseerd, beginnen de Coulomb-aantrekkingskrachten erin te verschijnen, die het gedrag bepalen van bijvoorbeeld een plasma, dat een quasi-neutrale geïoniseerde stof is. Dit is vooral relevant in het licht van het feit dat plasmafysica tegenwoordig een enorme, zich snel ontwikkelende wetenschappelijke discipline is, die een extreem brede toepassing heeft in de astrofysica, de theorie van de voortplanting van radiogolfsignalen en het probleem van gecontroleerde nucleaire en thermonucleaire reacties.

Echte gasisothermen
Echte gasisothermen

Chemische bindingen in echte gassen verschillen van nature praktisch niet van moleculaire krachten. Zowel die als andere worden over het algemeen gereduceerd tot de elektrische interactie tussen elementaire ladingen, waaruit de hele atomaire en moleculaire structuur van materie is opgebouwd. Een volledig begrip van moleculaire en chemische krachten werd echter pas mogelijk met de komst van de kwantummechanica.

Het is de moeite waard om te erkennen dat niet elke toestand van materie die compatibel is met de vergelijking van de Nederlandse natuurkundige in de praktijk kan worden geïmplementeerd. Dit vereist ook de factor van hun thermodynamische stabiliteit. Een van de belangrijke voorwaarden voor een dergelijke stabiliteit van een stof is dat inIn de isotherme drukvergelijking moet een neiging tot een afname van het totale volume van het lichaam strikt worden nageleefd. Met andere woorden, naarmate de waarde van V toeneemt, moeten alle isothermen van het echte gas gestaag dalen. Ondertussen worden op de van der Waals isotherme percelen stijgende secties waargenomen onder de kritische temperatuurgrens. Punten die in dergelijke zones liggen, komen overeen met een onstabiele toestand van de materie, die in de praktijk niet kan worden gerealiseerd.

Aanbevolen: