실제기체 - 이상기체 법칙에서 도출

지금까지 이상적인 가스법인 PV =nRT는반응 스토이치오메트리 및 경험적 및 분자 포뮬러 문제에서가스의 밀도 및 어금강 을 결정하는 것까지 다양한 유형의 문제에 적용되었다. 그러나 가스의 동작은 종종 비이상적이므로 압력, 부피 및 온도 사이의 관찰된 관계가 가스 법에 의해 정확하게 설명되지 않는다는 것을 의미합니다.

운동 분자 이론에 따르면 이상적인 가스입자는 서로 매력적이거나 반발력을 나타내지 않습니다. 컨테이너에 비해 무시할 수 있는 부피를 갖는 것으로 가정됩니다. 실온 과 1 atm 이하에서 가스는 이상적인 가스 방정식에 의해 암시된 이상적인 동작을 따릅니다.

그러나 더 높은 압력이나 낮은 온도에서 이상적인 가스 법에서 비정상적인 편차가 발생하여 압력, 부피 및 온도 간의 관찰된 관계가 정확하게 따르지 않습니다.

n을 해결하기 위해 이상적인 가스 방정식을 재배열하면 다음이 됩니다.

이상적인 가스의 두더지 1의 경우, 압력에 관계없이 비율 PV / RT = 1. 이 비율의 편차는 비이상적인 동작의 표시입니다.

이상적인 가스 법은 상대적으로 높은 압력에서 가스 행동을 잘 설명하지 않습니다. 즉, 비율은 저기압에서만 1과 같습니다. 그러나 압력이 상승함에 따라 PV /RT가 1에서 벗어나기 시작하고 편차가 균일하지 않습니다. 고압에서 이상적인 동작으로부터의 편차는 각 가스마다 크고 다릅니다. 실제 가스, 즉, 고압에서 이상적으로 행동하지 않습니다. 그러나 낮은 압력(보통 10atm 미만)에서는 이상적인 동작의 편차가 작고 이상적인 가스 방정식을 사용할 수 있습니다.

가상의 이상적인 가스 입자는 상당한 부피가 없으며 서로를 유치하거나 격퇴하지 않습니다. 일반적으로 실제 가스는 상대적으로 낮은 압력과 고온에서 이러한 동작을 근사합니다. 그러나, 고압에서, 가스의 분자는 가까이 함께 혼잡하고, 분자 사이의 빈 공간의 양이 감소된다. 이러한 높은 압력에서 가스 분자 자체의 부피는 가스가 차지하는 총 부피에 비해 유의하게 됩니다. 따라서 가스는 이러한 고압에서 압축성이 떨어지며, 압력이 증가함에 따라 부피가 계속 감소하지만 보일의 법칙에 따라 이러한 감소는 비례하지 않습니다.

상대적으로 낮은 압력에서 가스 분자는 (평균적으로) 지금까지 떨어져 있기 때문에 서로 거의 매력이 없으며 이상적인 가스 입자처럼 행동합니다. 그러나 더 높은 압력에서 매력의 힘도 더 이상 중요하지 않습니다. 이 힘은 분자를 약간 더 가깝게 당겨 압력을 약간 감소시거나 부피가 감소합니다(일정한 압력에서). 이러한 변화는 분자가 매력적인 힘에 비해 KE가 낮기 때문에 저온에서 더 두드러지므로 서로 충돌한 후 이러한 매력을 극복하는 데 덜 효과적입니다.

이상적인 가스 법보다 가스 동작을 더 잘 근사화하는 몇 가지 방정식이 있습니다. 이 중 첫 번째, 그리고 가장 간단한, 네덜란드 과학자 요하네스 반 데르 발스에 의해 개발 되었다 1879. 반 데르 발스 방정식은 가스 분자의 부피를 설명하기 위해 하나와 그들 사이의 매력적인 힘에 대한 다른 두 가지 용어를 추가하여 이상적인 가스 법을 향상시킵니다.

상수는 특정 가스의 분자 사이의 어트랙션의 강도에 해당하며, 상수 b는 특정 가스의 분자의 크기에 해당한다. 이상적인 가스법에서 압력 용어에 대한 “보정”은 ^2/V2이며,부피에 대한 “보정”은 nb이다. V가 상대적으로 크고 n이 상대적으로 작을 때, 이러한 교정 조건은 모두 무시할 수 있게 되고, 반 데르 발스 방정식은 이상적인 가스법, PV = nRT로감소한다. 이러한 조건은 상대적으로 적은 수의 분자가 상대적으로 큰 부피를 차지하고 있는 가스, 즉 상대적으로 낮은 압력에서 가스에 해당한다.

저압에서, 분자 간 매력에 대한 보정, 분자부피에 대한 교정, b. 고압 및 소량에서 분자 자체가 비압축성이 없고 총 부피의 상당한 분획을 구성하기 때문에 분자의 부피에 대한 보정이 중요해집니다. 일부 중간 압력에서 두 교정은 반대의 영향을 미치며, 가스는 소수의 압력보다 PV = nRT가 제공한 관계를 따르는 것으로 보입니다.

엄밀히 말하면, 이상적인 가스 방정식은 가스 분자 간의 분자 간 어트랙션이 무시할 수 있고 가스 분자 자체가 전체 부피의 상당한 부분을 차지하지 않을 때 잘 작동합니다. 이러한 기준은 저기압과 고온의 조건에서 만족합니다. 이러한 조건에서, 가스는 이상적으로 행동한다고하며, 가스 법에서 편차는 무시할 수 있을 만큼 작습니다 – 그러나 이것은 종종 그렇지 않습니다.

이 텍스트는 Openstax, 화학 2e, 섹션 9.2: 비이상적인 가스 동작에서 적용됩니다.