Реальные газы - отклонение от закона идеального газа

Для идеальных газов отношение PV к nRT равно единице. Вспомните закон Бойля, который гласит, что когда количество и температура газа поддерживаются постоянными, увеличение давления неизменно приводит к уменьшению объема для поддержания постоянства соотношения. Но когда это соотношение изображено как функция давления для одного моля нескольких реальных газов, оно равно идеальному значению единица"только при низких давлениях.

По мере увеличения давления кривые значительно отклоняются от идеальной. При низком давлении общий объем частиц газа незначителен по сравнению с объемом емкости, как горошина внутри баскетбольного мяча. Следовательно, объем, доступный для частиц идеального газа, равен общему объему емкости.

При более высоких давлениях плотность газа намного больше. Таким образом, общий объем частиц газа становится значительным как горошина внутри шарика для пинг-понга. Следовательно, предположение кинетической молекулярной теории о том, что частицы газа занимают незначительный объем, является неверным в случае действия высокого давления.

Объем, занимаемый реальным газом, больше объема, доступного для его частиц, который он занимал бы в идеальном случае при nb, где b экспериментально определенная постоянная, которая зависит от газа и измеряется в литрах на моль. Вычитание nb приводит к уменьшению объема реального газа до объема, доступного для его частиц, что эквивалентно идеальному объему. Другое предположение кинетической молекулярной теории что межмолекулярные силы между молекулами газа незначительны, справедливо только в условиях высокой температуры и низкого давления.

Обычно газы обладают очень слабыми силами притяжения. В условиях низкого давления частицы газа разнесены на большие расстояния и, следовательно, не воспринимают силы притяжения других частиц. Точно так же в условиях высоких температур частицы имеют высокую кинетическую энергию по сравнению с силами притяжения и движутся очень быстро.

Когда частицы сталкиваются, они отскакивают друг от друга, потому что высокая кинетическая энергия преодолевает небольшие силы притяжения. Однако, когда газ находится под более высоким давлением, плотность частиц больше. Следовательно, между частицами образуются меньшие расстояния, и вероятность того, что они будут взаимодействовать, увеличивается.

Соответственно, силы притяжения между частицами становятся более значительными при высоких давлениях. Это становится более очевидным при понижении температуры. Кинетическая энергия частиц уменьшается, и они движутся медленнее.

Когда межмолекулярное притяжение становится значительным, частицы с большей вероятностью прилипают"друг к другу при столкновении. Поскольку частицы газа проводят больше времени, взаимодействуя с соседними частицами, частота столкновений с поверхностью емкости уменьшается. Следовательно, давление, оказываемое реальным газом, ниже, чем давление идеального газа, на а умножить на n в квадрате, делить на V в квадрате.

Здесь a экспериментально определенная постоянная, которая зависит от газа и измеряется в литрах в квадрате, умножить на моли в квадрате, а V реальный объем. Добавление этого члена увеличивает реальное давление до давления идеального газа. Модифицированное уравнение с поправочными коэффициентами давления и объема называется уравнением Ван-дер-Ваальса для неидеальных или реальных газов.