Реални газове: отклонение от идеалността

Терминът "реални газове" сред химици и физици наричат ​​газове при подобни свойства, което е в пряка зависимост от техните молекулни взаимодействия. Въпреки, че всяка специализирана директория може да се прочете, че един мол на веществата при нормални условия и в равновесно състояние заема обем от приблизително 22.41108 литра. Това твърдение е вярно само за така наречените "идеални" газове за които според Клапейрон уравнение, а не да действат сила на взаимно привличане и отблъскване на молекулите, а обемът заета от последното е пренебрежимо малка.

Разбира се, такива вещества не съществуват в природата, затова всички тези аргументи и изчисления имат чисто теоретична ориентация. Но истински газове, които до известна степен се отклоняват от законите на идеалността, се срещат много често. Между молекулите на такива вещества винаги има сили на взаимно привличане, от които следва, че техният обем се различава малко от идеалния извлечен модел. И всички истински газове имат различна степен на отклонение от идеалността.

Но има една много ясна тенденция: колкото повече точка на кипене веществото е близо до нула градуса по Целзий, толкова по-силна ще бъде тази връзка, отколкото идеалния модел. Уравнението за състоянието на реалния газ, принадлежащо на холандския физик Йоханес Дидерик ван дер Ваалс, е извлечено от него през 1873 г. В тази формула, имаща формата (p + n²a / V²) (V - nb) = nRT се въвеждат две много важни корекции в сравнение с уравнението Clapeyron (pV = nRT), определено експериментално. Първият от тях отчита силите на молекулярно взаимодействие, повлияни не само от вида газ, но и от неговия обем, плътност и налягане. Второто изменение определя молекулно тегло вещества.

Най-важната роля играят тези корекции при високите газови натоварвания. Например за азот със скорост 80 атм. изчисленията ще се различават от идеалността с около пет процента, а с увеличаването на налягането до четиристотин атмосфери, разликата ще достигне сто процента. От това следва, че законите на един идеален модел на газ са много приблизителни. Отклонението от тях е както количествено, така и качествено. Първият се проявява във факта, че уравнението Clapeyron се удовлетворява много приблизително за всички реални газообразни вещества. Отдръпванията от качествен характер са много по-дълбоки.

Реалните газове могат да бъдат изцяло трансформирани в течни и твърди агрегатно състояние, които не биха били възможни, ако стриктно следваха уравнението на Клаупирон. Междумолекулните сили, действащи върху такива вещества, водят до образуването на различни химични съединения. Това отново е невъзможно в теоретичната идеална газова система. Така образуваните връзки се наричат ​​химически връзки или валентни връзки. В случай, че реалната газът е йонизиран, в него започват да се проявяват силите на привличането на Кулумб, които определят поведението, например, на плазмата, която е квазинеутрална йонизирана субстанция. Това е особено вярно в светлината на факта, че плазмена физика днес е огромна, бързо развиваща се научна дисциплина, която има изключително широко приложение в астрофизиката, теорията за разпространението на сигнали от радиовълни, проблема с контролираните ядрени и термоядрени реакции.

Химическите връзки в реалните газове по своята същност практически не се различават от молекулните сили. И двете, като цяло, се свеждат до електрическо взаимодействие между елементарните заряди, от които се конструира цялата атомна и молекулярна структура на материята. Въпреки това, пълно разбиране на молекулярните и химическите сили стана възможно само при появата на квантова механика.

Струва си да се признае, че не всяко състояние на материята, съвместимо с уравнението на холандския физик, може да се реализира на практика. За това е необходим и термодинамичен коефициент на стабилност. Едно от важните условия за такава стабилност на веществото е, че уравнението на изотермичното налягане трябва стриктно да се придържа към тенденцията да се намали общото количество на тялото. С други думи, тъй като стойността на V се увеличава, всички изотерми на реалния газ трябва да бъдат намалявани постоянно. Междувременно, на изотермичните парцели на Ван дер Ваалс под критичната температура, се наблюдават нарастващи области. Точките, разположени в такива зони, съответстват на нестабилното състояние на веществото, което на практика не може да се осъществи.