5.10
Les gaz idéaux suivent la relation PV sur nRT égale un. Rappelons la loi de Boyle, qui stipule que lorsque la quantité et la température d'un gaz sont maintenues constantes, l'augmentation de la pression diminuera invariablement le volume pour maintenir un rapport constant. Mais lorsque ce rapport est tracé en fonction de la pression pour une mole de plusieurs gaz réels, il est égal à la valeur idéale un"seulement à basse pression.
À mesure que la pression augmente, les courbes s'écartent significativement de l'idéalité. À basse pression, le volume combiné de particules de gaz est négligeable par rapport au volume du récipient comme un pois à l'intérieur d'un ballon de basket. Par conséquent, le volume disponible pour les particules de gaz idéales est égal au volume total du récipient.
À des pressions plus élevées, la densité du gaz est beaucoup plus grande. Ainsi, le volume combiné des particules de gaz devient significatif comme un pois à l'intérieur d'une balle de ping-pong. Par conséquent, l'hypothèse de la théorie moléculaire cinétique selon laquelle les particules de gaz occupent un volume négligeable est invalide à des pressions élevées.
Le volume occupé par un gaz réel est supérieur au volume disponible pour ses particules, qui est le volume qu'il occuperait dans un cas idéal, par nb, où b est une constante déterminée expérimentalement qui dépend du gaz et a des unités de litres par mole. Déduire nb ajuste le volume d'un gaz réel vers le bas à celui disponible pour ses particules, ce qui équivaut au volume idéal. Une autre hypothèse de la théorie moléculaire cinétique selon laquelle les forces intermoléculaires entre les molécules de gaz sont négligeables-n'est valable que dans des conditions de haute température et de basse pression.
Typiquement, les gaz exercent des forces d'attraction très faibles. Dans des conditions de basse pression, les particules de gaz sont séparées par de grandes distances et, par conséquent, ne perçoivent pas les forces d'attraction des autres particules. De même, dans des conditions de haute température, les particules ont des énergies cinétiques élevées par rapport aux forces d'attraction et se déplacent très rapidement.
Lorsque les particules entrent en collision, elles rebondissent les unes sur les autres parce que l'énergie cinétique élevée surmonte les petites forces d'attraction. Cependant, lorsque le gaz est à des pressions plus élevées, la densité de particules est plus grande. Les particules sont donc séparées par des distances plus courtes, et la probabilité qu'elles interagissent augmente ainsi.
Les forces d'attraction entre les particules deviennent donc plus importantes à des pressions élevées. Cela est d'autant plus évident que la température est abaissée. L'énergie cinétique des particules diminue et elles se déplacent plus lentement.
Lorsque l'attraction intermoléculaire devient significative, les particules sont de plus en plus susceptibles de coller"les unes aux autres lors de la collision. Comme les particules de gaz passent plus de temps en interaction avec les particules voisines, la fréquence des collisions avec la surface du récipient diminue. Par conséquent, la pression exercée par un gaz réel est inférieure à celle d'un gaz idéal par a-n-au carré sur V-au carré.
Ici, a est une constante déterminée expérimentalement qui dépend du gaz et a des unités de litres-au carré fois atmosphère sur moles-au carré, et V est le volume réel. L'ajout de ce terme ajuste la pression réelle vers le haut à celle exercée par un gaz idéal. L'équation modifiée avec les facteurs de correction de la pression et du volume est appelée l'équation de van der Waals pour les gaz réels ou non idéaux.
Jusqu'à présent, la loi du gaz parfait, PV = nRT, a été appliquée à une grande variété de différents types de problèmes, allant de la stœchiométrie d'…
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