الغازات الحقيقية- الانحراف عن قانون الغاز المثالي

تتبع الغازات المثالية العلاقة التالية:و هي PV مقسمه على nRT تساوي واحدًا. لنتذكر قانون بويل،الذي ينص على أنه،عندما تكون كمية ودرجة حرارة الغاز ثابتة،يزداد الضغط مما يؤدي إلى خفض الحجم بشكل ثابت للحفاظ على نسبة ثابتة. ولكن عندما يتم رسم هذه النسبة كدالة للضغط لمول واحد من عدة غازات حقيقية،فإنها تساوي القيمة المثالية واحد"فقط عند الضغوط المنخفضة.

كلما زاد الضغط،كلما أصبحت المنحنيات تنحرف بشكل أكبر عن المثالية. عند الضغط المنخفض،يكون الحجم المشترك لجزيئات الغاز ضئيلاَبالنسبة لحجم الإناء مثل حبة البازلاء داخل كرة السلة. لذلك،الحجم المتاح لجزيئات الغاز المثالية يساوي إجمالي حجم الإناء.

عند الضغط العالي،تكون كثافة الغاز أكبر بكثير. وبالتالي،يصبح الحجم المشترك لجزيئات الغاز مهم مثل حبة البازلاء داخل كرة بينج بونج. لذلك،افتراض النظرية الجزيئية الحركية،أن جزيئات الغاز تحتل حجمًا ضئيلًا،غير صالح عند الضغط العالي.

الحجم الذي يشغله غاز حقيقي أكبر من الحجم المتاح لجزيئاته،وهو الحجم الذي سيشغله في الحالة المثالية،بواسطة nb،حيث b هو ثابت يتم تحديده تجريبياًويعتمد على الغاز ولديه وحدات لتر لكل مول. استقطاع nb يضبط حجم الغاز الحقيقي إلى ما هو متاح لجزيئاته،وهو ما يعادل الحجم المثالي. افتراض آخر للنظرية الجزيئية الحركية أن القوى الجزيئية بين جزيئات الغاز لا تكاد تذكر صالح فقط تحت درجة حرارة عالية وظروف الضغط المنخفض.

عادة،تمارس الغازات قوى جذب ضعيفة للغاية. تحت ظروف الضغط المنخفض،جزيئات الغاز تكون مفصولة بمسافات كبيرة،وبالتالي،لا تدرك قوى الجذب للجسيمات الأخرى. وبالمثل،في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة،يصبح للجسيمات طاقات حركية عالية بالنسبة لقوى الجذب،وتتحرك بسرعة كبيرة.

عندما تصطدم الجسيمات،فإنها ترتد عن بعضها البعض،لأن الطاقة الحركية العالية تتغلب على القوى الصغيرة الجاذبة. ومع ذلك،عندما يكون الغاز تحت ضغط أعلى،تكون كثافة الجسيمات أكبر. وبالتالي،يتم فصل الجسيمات بمسافات أقصر،وبذلك،احتمالية تفاعلهم تزيد.

قوى الجذب بين الجسيمات تصبح أكثر أهمية عند الضغوط العالية. وهذا يكون أكثر وضوحا عند انخفاض درجة الحرارة. عندما تكون الطاقة الحركية للجسيمات منخفضه تتحرك ببطء أكثر.

عندما يصبح الجذب بين الجزيئات مهمًا،من المرجح،بشكل متزايد،أن تلتصق"الجسيمات مع بعضهم البعض عند الاصطدام. نظرًا لأن جزيئات الغاز تقضي وقتًا أطول في التفاعل مع الجسيمات المجاورة،يصبح تردد الاصطدامات منخفضاًمع سطح الإناء. وبالتالي،فإن الضغط الذي يمارسه الغاز الحقيقي يكون أقل من الغاز المثالي بواسطة تربيع a-n على تربيع V.هنا،a هو ثابت محدد تجريبيًا و يعتمد على الغاز وله وحدات لتر-مربع،مضروب في،ضغط-جوي،علي،عدد المولات المربعة،و V هو الحجم الحقيقي.

إضافة هذا المصطلح يضبط الضغط الحقيقي إلى أعلى من ذلك الذي يمارسه الغاز المثالي. المعادلة المعدلة مع عامل تصحيح الضغط والحجم،تسمى معادلة فان دير فالز،للغازات غير المثالية أو الحقيقية.