İdeal Davranıştan Sapma

Gerçek gazlar, özellikle yüksek basınçlarda ve düşük sıcaklıklarda ya da sıvıya kondensasyon üzereyken ideal gaz yasalarına tam olarak uymaz. Bu sapmalar, gaz molekülleri arasındaki moleküller arası kuvvetlerden kaynaklanır. İtme kuvvetleri genişlemeye yardımcı olur ve moleküller genellikle yüksek basınçta çok yakın olduğunda önemlidir. Çekim kuvvetleri sıkıştırmaya yardımcı olur ve daha uzun menzile sahiptir; birkaç moleküler çapta etkilidir. Moleküller yakın ama mutlaka temas etmediğinde anlamlı hale gelirler ve moleküller birbirinden uzaktayken azalırlar.

Moleküllerin geniş aralıklı olduğu ve moleküller arası etkileşimlerin minimal olduğu düşük basınçlarda, gazlar neredeyse ideal davranır. Orta basınçlarda, çekim kuvvetleri itici kuvvetleri aşar, bu da gazı ideal bir gazdan daha sıkıştırılabilir kılar. Yüksek basınçlarda, itici kuvvetler baskın olur ve gazın daha az sıkıştırılabilir olmasına neden olur.

Sıkıştırma faktörü Z, gerçek bir gazın ideal davranıştan sapmasını nicelendirmek için kullanılır. Bu, aynı basınç ve sıcaklıkta ölçülen bir gazın mol hacmi ile ideal bir gazın mol hacmi arasındaki oranıdır. İdeal bir gazın tüm basınçlarda Z = 1'dir. Gerçek gazlar çok düşük basınçlarda Z ≈ 1'e sahiptir ve neredeyse mükemmel davranır. Yüksek basınçlarda, baskın itme kuvvetleri nedeniyle Z 1> olurken, ara basınçlarda çoğu gazın Z < 1 olur; bu da çekim kuvvetlerinin ideal gazın molar hacmini azalttığını gösterir.

İdeal gaz yasası (pV_m = RT), yüksek sıcaklıklarda ve büyük mol hacimlerindeki gerçek gazlar için iyi bir ilk yaklaşımdır. Virial durum denklemi, basınç değişkenleri için terimler ekleyerek bunu iyileştirir. Sıcaklığa bağlı olan sıkıştırma faktörü Z ve virial katsayılar, ideal davranıştan sapmaları ölçür. Gerçek bir gaz, düşük basınçlarda ideal gaz davranışıyla uyumlu olabilir, ancak tüm özellikleri ideal gazla mutlaka örtüşmemektedir. Boyle sıcaklığı, basınç sıfıra yaklaşırken gerçek gaz özelliklerinin ideal gazla eşleştiği yerdir.