Resni plini: odstopanje od idealnosti

Resni plini: odstopanje od idealnosti
Resni plini: odstopanje od idealnosti
Anonim

Izraz "pravi plini" med kemiki in fiziki se uporablja za poimenovanje takšnih plinov, katerih lastnosti so najbolj neposredno odvisne od njihove medmolekularne interakcije. Čeprav je v kateri koli specializirani referenčni knjigi mogoče prebrati, da en mol teh snovi v normalnih pogojih in v stanju dinamičnega ravnovesja zavzema prostornino približno 22,41108 litrov. Takšna trditev velja le za tako imenovane "idealne" pline, za katere v skladu s Clapeyronovo enačbo ne delujeta sili medsebojnega privlačnosti in odbijanja molekul, prostornina, ki jo zasedajo slednje, pa je zanemarljiva vrednost..

pravi plini
pravi plini

Seveda takšne snovi v naravi ne obstajajo, zato so vsi ti argumenti in izračuni zgolj teoretični. Toda resnične pline, ki tako ali drugače odstopajo od zakonov idealnosti, najdemo ves čas. Med molekulami takšnih snovi vedno obstajajo sile vzajemne privlačnosti, kar pomeni, da je njihova prostornina nekoliko drugačna odizpeljan popoln model. Poleg tega imajo vsi resnični plini različne stopnje odstopanja od idealnosti.

Toda tukaj je zelo jasen trend: bolj ko je vrelišče snovi blizu nič stopinj Celzija, bolj se bo ta spojina razlikovala od idealnega modela. Enačbo stanja za pravi plin, ki je v lasti nizozemskega fizika Johannesa Diederika van der Waalsa, je izpeljal leta 1873. To formulo, ki ima obliko (p + n2a/V2) (V – nb)=nRT, smo primerjali z Clapeyronova enačba (pV=nRT), določena eksperimentalno. Prvi od teh upošteva sile molekularne interakcije, na katere ne vpliva le vrsta plina, temveč tudi njegova prostornina, gostota in tlak. Drugi amandma določa molekulsko maso snovi.

Enačba stanja realnega plina
Enačba stanja realnega plina

Te prilagoditve pridobijo najpomembnejšo vlogo pri visokem tlaku plina. Na primer, za dušik pri indikatorju 80 atm. izračuni se bodo od idealnih razlikovali za približno pet odstotkov, s povečanjem tlaka na štiristo atmosfer pa bo razlika že dosegla sto odstotkov. Iz tega sledi, da so zakoni modela idealnega plina zelo približni. Odstopanje od njih je tako kvantitativno kot kvalitativno. Prvi se kaže v tem, da se Clapeyronova enačba za vse realne plinaste snovi opazuje zelo približno. Kvalitativna odstopanja so veliko globlja.

Pravi plini se lahko pretvorijo inv tekoče in v trdno agregacijsko stanje, kar bi bilo nemogoče, če bi strogo sledili Clapeyronovi enačbi. Medmolekularne sile, ki delujejo na takšne snovi, vodijo do tvorbe različnih kemičnih spojin. Spet to ni mogoče v teoretičnem idealnem plinskem sistemu. Tako nastale vezi imenujemo kemične ali valenčne vezi. V primeru, ko je pravi plin ioniziran, se v njem začnejo pojavljati Coulombove privlačne sile, ki določajo obnašanje, na primer, plazme, ki je kvazi-nevtralna ionizirana snov. To je še posebej pomembno v luči dejstva, da je fizika plazme danes obsežna, hitro razvijajoča se znanstvena disciplina, ki ima izjemno široko uporabo v astrofiziki, teoriji širjenja radijskih valov in problemu nadzorovanih jedrskih in termonuklearnih reakcij.

Realne plinske izoterme
Realne plinske izoterme

Kemične vezi v resničnih plinih se po svoji naravi praktično ne razlikujejo od molekularnih sil. Tako ti kot drugi so na splošno reducirani na električno interakcijo med elementarnimi naboji, iz katerih je zgrajena celotna atomska in molekularna struktura snovi. Vendar pa je popolno razumevanje molekularnih in kemičnih sil postalo mogoče šele s prihodom kvantne mehanike.

Upoštevati je treba, da v praksi ni mogoče izvesti vsakega stanja snovi, ki je združljivo z enačbo nizozemskega fizika. To zahteva tudi faktor njihove termodinamične stabilnosti. Eden od pomembnih pogojev za takšno stabilnost snovi je, da vV enačbi izotermnega tlaka je treba strogo upoštevati nagnjenost k zmanjšanju celotne prostornine telesa. Z drugimi besedami, ko se vrednost V poveča, morajo vse izoterme resničnega plina enakomerno padati. Medtem na van der Waalsovih izotermnih ploskvah opazimo naraščajoče odseke pod kritično temperaturno oznako. Točke, ki ležijo v takšnih conah, ustrezajo nestabilnemu stanju snovi, ki ga v praksi ni mogoče uresničiti.

Priporočena: