Իրական գազեր. շեղում իդեալականությունից

Իրական գազեր. շեղում իդեալականությունից
Իրական գազեր. շեղում իդեալականությունից
Anonim

«Իրական գազեր» տերմինը քիմիկոսների և ֆիզիկոսների շրջանում օգտագործվում է այնպիսի գազեր անվանելու համար, որոնց հատկություններն առավել անմիջականորեն կախված են դրանց միջմոլեկուլային փոխազդեցությունից։ Թեև ցանկացած մասնագիտացված տեղեկագրքում կարելի է կարդալ, որ այդ նյութերի մեկ մոլը նորմալ պայմաններում և կայուն վիճակում զբաղեցնում է մոտավորապես 22,41108 լիտր ծավալ: Նման պնդումը ճշմարիտ է միայն այսպես կոչված «իդեալական» գազերի համար, որոնց համար, Կլապեյրոնի հավասարման համաձայն, մոլեկուլների փոխադարձ ձգողականության և վանման ուժերը չեն գործում, և վերջիններիս զբաղեցրած ծավալը աննշան արժեք է։.

իրական գազեր
իրական գազեր

Իհարկե, նման նյութեր բնության մեջ գոյություն չունեն, ուստի այս բոլոր փաստարկներն ու հաշվարկները զուտ տեսական են։ Բայց իրական գազերը, որոնք այս կամ այն չափով շեղվում են իդեալականության օրենքներից, մշտապես հայտնաբերվում են։ Նման նյութերի մոլեկուլների միջև միշտ առկա են փոխադարձ ձգողականության ուժեր, ինչը ենթադրում է, որ դրանց ծավալը որոշ չափով տարբերվում է.ստացված կատարյալ մոդել: Ավելին, բոլոր իրական գազերն ունեն իդեալականությունից շեղման տարբեր աստիճաններ։

Բայց այստեղ կա մի շատ հստակ միտում. որքան նյութի եռման ջերմաստիճանը մոտ լինի զրոյական աստիճանի Ցելսիուսին, այնքան այս միացությունը կտարբերվի իդեալական մոդելից: Իրական գազի վիճակի հավասարումը, որը պատկանում է հոլանդացի ֆիզիկոս Յոհաննես Դիդերիկ վան դեր Վաալսին, ստացվել է նրա կողմից 1873 թվականին։ Այս բանաձևը, որն ունի (p + n2a/V2) (V – nb)=nRT ձևը, համեմատվել է Կլապեյրոնի հավասարումը (pV=nRT), որոշված փորձարարական եղանակով: Դրանցից առաջինը հաշվի է առնում մոլեկուլային փոխազդեցության ուժերը, որոնց վրա ազդում է ոչ միայն գազի տեսակը, այլև դրա ծավալը, խտությունը և ճնշումը։ Երկրորդ փոփոխությունը որոշում է նյութի մոլեկուլային քաշը։

Իրական գազի վիճակի հավասարումը
Իրական գազի վիճակի հավասարումը

Այս ճշգրտումները ձեռք են բերում ամենակարևոր դերը գազի բարձր ճնշման դեպքում: Օրինակ, ազոտի համար 80 ատմ ցուցանիշով: հաշվարկները իդեալականից կտարբերվեն մոտ հինգ տոկոսով, իսկ ճնշման ավելացման դեպքում մինչև չորս հարյուր մթնոլորտ տարբերությունն արդեն կհասնի հարյուր տոկոսի։ Դրանից բխում է, որ իդեալական գազի մոդելի օրենքները շատ մոտավոր են։ Դրանցից շեղումը և՛ քանակական է, և՛ որակական։ Առաջինը դրսևորվում է նրանով, որ Կլապեյրոնի հավասարումը դիտարկվում է բոլոր իրական գազային նյութերի համար շատ մոտավոր։ Որակական շեղումները շատ ավելի խորն են։

Իրական գազերը լավ կարող են փոխակերպվել ևհեղուկի մեջ և ագրեգացիայի պինդ վիճակի մեջ, ինչը անհնար կլիներ, եթե նրանք խստորեն հետևեին Կլապեյրոնի հավասարմանը: Նման նյութերի վրա ազդող միջմոլեկուլային ուժերը հանգեցնում են տարբեր քիմիական միացությունների առաջացմանը։ Կրկին, դա հնարավոր չէ տեսական իդեալական գազային համակարգում: Այս կերպ գոյացած կապերը կոչվում են քիմիական կամ վալենտային կապեր։ Այն դեպքում, երբ իրական գազը իոնացված է, նրա մեջ սկսում են առաջանալ Կուլոնի ձգողական ուժեր, որոնք որոշում են, օրինակ, պլազմայի վարքը, որը քվազի չեզոք իոնացված նյութ է։ Սա հատկապես արդիական է՝ հաշվի առնելով այն փաստը, որ պլազմայի ֆիզիկան այսօր հսկայական, արագ զարգացող գիտական առարկա է, որն ունի չափազանց լայն կիրառություն աստղաֆիզիկայում, ռադիոալիքների ազդանշանի տարածման տեսության և կառավարվող միջուկային և ջերմամիջուկային ռեակցիաների խնդրի մեջ։

Իրական գազի իզոթերմներ
Իրական գազի իզոթերմներ

Իրական գազերում քիմիական կապերն իրենց բնույթով գործնականում չեն տարբերվում մոլեկուլային ուժերից։ Ե՛վ դրանք, և՛ մյուսները, մեծ հաշվով, վերածվում են տարրական լիցքերի միջև էլեկտրական փոխազդեցության, որից կառուցված է նյութի ամբողջ ատոմային և մոլեկուլային կառուցվածքը։ Այնուամենայնիվ, մոլեկուլային և քիմիական ուժերի լիարժեք ըմբռնումը հնարավոր դարձավ միայն քվանտային մեխանիկայի հայտնվելով:

Արժե գիտակցել, որ հոլանդացի ֆիզիկոսի հավասարման հետ համատեղելի նյութի ոչ բոլոր վիճակները կարող են իրականացվել գործնականում: Սա պահանջում է նաև դրանց թերմոդինամիկական կայունության գործոնը։ Նյութի նման կայունության կարևոր պայմաններից մեկն այն է, որ ներսԻզոթերմային ճնշման հավասարման մեջ պետք է խստորեն պահպանել մարմնի ընդհանուր ծավալի նվազման միտում։ Այլ կերպ ասած, քանի որ V-ի արժեքը մեծանում է, իրական գազի բոլոր իզոթերմները պետք է անշեղորեն ընկնեն: Մինչդեռ վան դեր Վալսի իզոթերմային հողամասերի վրա նկատվում են բարձրացող հատվածներ կրիտիկական ջերմաստիճանի նիշից ցածր: Նման գոտիներում ընկած կետերը համապատասխանում են նյութի անկայուն վիճակին, որը գործնականում հնարավոր չէ իրականացնել։

Խորհուրդ ենք տալիս: