גזים אמיתיים: השפעות של כוחות בין-מולקולריים ונפח מולקולרי הנגזר ממשוואת ואן דר ואלס

גז אידיאלי שומר על היחס PV חלקי nRT שווה אחד. ניזכרבחוק בויל, שקובע שכשכמות הגז והטמפרטורה שלו נשמרים קבועים, הגדלת הלחץ תמיד תקטין את הנפח כדי לשמור על יחס קבוע. אך כשהיחס משורטטכפונקציה של לחץ למול אחד של כמה גזים בפועל הוא שווה לערך האידיאלי אחד"רק בלחצים נמוכים.

כשהלחץ גדל, העקומה סוטה באופן משמעותי מהחוק האידיאלי. בלחצים נמוכים, הנפח הכולל של חלקיקי הגז זניח ביחס לנפח המכל כמו אפונה בתוך כדורסל. לכן הנפח שפנוי לחלקיקי הגז האידיאליים שווה לנפח הכולל של המכל.

בלחצים גבוהים, דחיסות הגז גדולה יותר. לכן הנפח הכולל של חלקיקי הגז הופך למשמעותי, כמו אפונה בכדור פינג פונג. לכן, ההנחה של התאוריה הקינטית שחלקיקי גז תופסים נפח זניח לא תקפה בלחצים גבוהים.

הנפח שתופס גז ריאלי גדול מהנפח הפנוי לחלקיקים שלו, שהוא הנפח שהיה תופס במצב אידיאלי, ב-nb כש-b הוכח ניסיוניות כקבוע שתלוי בגז ויש לו יחידות ליטר למול. הפחתת nb משנה את הנפח של גז ריאלי כלפי מטה לעומת הנפח הפנוי של החלקיקים שלו, ששווה לנפח האידיאלי. הנחה נוספת של התאוריה הקינטית, שהכוחות הבין מולקולריים בין מולקולות גז הם זניחים, תקפה רק בטמפרטורות גבוהות ובלחץ נמוך.

לרוב, גזים מפעילים כוחות מושכים קטנים מאוד. בתנאי לחץ נמוך, חלקיקי הגז מפוזרים במרחקים גדולים ולכן לא מושפעים מכוחות המשיכה של החלקיקים האחרים. בדומה לכך, בתנאי טמפרטורות גבוהות, לחלקיקים יש אנרגיה קינטית גדולה יחסית לכוחות המושכים והם נעים במהירות רבה.

כשחלקיקים מתנגשים, הם ניתזים זה מזה מפני שהאנרגיה הקינטית הגבוהה מתעלה על כוחות המשיכה הקטנים. אך כשלחץ הגז גבוה יותר, צפיפות החלקיקים גבוהה יותר. בעקבות זאת, החלקיקים מפוזרים במרחקים קטנים יותר ולכן הסבירות שהם יימשכו זה לזה גדלה.

הכוחות המושכים בין החלקיקים הופכים למשמעותיים יותר בלחץ גבוה. זה ברור עוד יותר כשמורידים את הטמפרטורה. האנרגיה הקינטית של החלקיקים קטנה והם מאטים.

כשמשיכה בין מולקולרית הופכת למשמעותית, הסיכוי גדל שחלקיקים יידבקו זה לזה בהתנגשות. כשחלקיקי גז נמצאים יותר זמן באינטראקציה עם חלקיקים שכנים, התדירות של התנגשויות עם משטח המכל קטנה. לכן, הלחץ המופעל על ידי גז ריאלי נמוך יותר משל גז אידיאלי ב-an בריבוע חלקי V בריבוע.

כאן a הוא קבוע שהוכח נסיונית כתלוי בגז ויש לו יחידות של ליטרים בריבוע כפול אטמוספרה חלקי מולים בריבוע ו-V הוא הנפח הריאלי. הוספת השבר הזה משנה את הלחץ הריאלי כלפי מעלה בהשוואה ללחץ שמפועל על ידי גז אידיאלי. המשוואה המתוקנים עם פקטורי הלחץ והנפח נקראת משוואת ואן דר ואלס לגזים לא אידיאליים או ריאליים.