Gerçek gazlar: idealiteden sapma

Kimyagerler ve fizikçiler arasında "gerçek gazlar" terimi, genellikle özellikleriyle moleküler-arası etkileşimine bağlı olan bu tür gazlar olarak adlandırılır. Herhangi bir uzmanlaşmış referans kitapta bulunsa da, normal şartlar altında bu maddelerin bir molünün ve sabit halin yaklaşık 22.41108 litre hacimde olduğunu okuyabilirsiniz. Böyle bir iddia sadece Clapeyron denklemine göre moleküllerin karşılıklı cazibe kuvvetleri ve itme kuvvetleri hareketsiz ve sözü edilen "ideal" gazlar için geçerlidir ve bu gazlar tarafından işgal edilen hacim ihmal edilemez derecede küçüktür.

Tabii ki, bu tür maddeler doğada var değildir, bu nedenle bu argümanlar ve hesaplamalar tamamen teorik bir yönelime sahiptir. Fakat bir dereceye kadar ideallik yasalarından sapmış olan gerçek gazlar çok sık bulunur. Bu tür maddelerin molekülleri arasında her zaman karşılıklı cazibe kuvvetleri vardır; buradan hacimleri türetilmiş mükemmel modelden biraz farklıdır. Ve tüm gerçek gazlar idealiteden farklı sapma derecelerine sahiptir.

Ancak burada çok net bir eğilim görüyoruz: Maddenin kaynama noktası sıfır dereceye yaklaştıkça, bu bağlantı ideal modelden daha kuvvetli olacak. Hollandalı fizikçi Johannes Diederik van der Waals'e ait gerçek gaz durum denklemi 1873 yılında türetilmiştir. (P + n2a / V2) (V - nb) = nRT formuna sahip bu formülde deneysel olarak belirlenen Clapeyron denklemi (pV = nRT) ile karşılaştırıldığında iki çok önemli düzeltme eklenmiştir. Birincisi, sadece gaz türüne değil, aynı zamanda hacmi, yoğunluğu ve basıncı da etkileyen moleküler etkileşim kuvvetlerini hesaba katıyor. İkinci düzeltme maddenin molekül kütlesini belirler.

Bu ayarlamaların yüksek gaz basınçlarında elde ettikleri en önemli rolü. Örneğin, 80 atm'lik bir oranda azot için. Hesaplamalar, idealliğe göre yüzde beş oranında farklılık gösterecek ve dört yüz atmosfere baskı uygulanmasıyla fark yüzde yüze ulaşacak. Bu, ideal bir gaz modeli yasalarının çok yakındır. Onlardan sapma hem niceliksel hem nitelendir. Birincisi, Clapeyron denkleminin tüm gerçek gaz halindeki maddeler için yaklaşık olarak tatmin olması gerçeği ile tezahür eder. Niteliksel nitelikteki çekilmeler çok daha kapsamlıdır.

Gerçek gazlar, Clapeyron denklemine tam olarak uymaları halinde imkansız olan sıvı ve katı bir agrega durumuna tamamen dönüştürülebilir. Bu tür maddeler üzerine etki eden moleküller arası kuvvetler çeşitli kimyasal bileşiklerin oluşumuna neden olur. Teorik ideal gaz sisteminde yine bu mümkün değildir. Oluşturulan bağlara kimyasal bağlar veya değerlik bağları denir. Gerçek gaz iyonlaştığı durumda, Coulomb cazibe kuvvetleri ortaya çıkmaya başlar ve örneğin yarı-nötr iyonize bir madde olan plazmanın davranışını belirler. Günümüzde plazma fiziğinin , kontrollü nükleer ve termonükleer reaksiyonlar probleminde, astrofizikte son derece geniş bir uygulama alanı olan radyo dalgası sinyalleri yayma teorisine sahip, geniş, hızla gelişen bilimsel bir disiplindir gerçeği ışığında özellikle geçerlidir .

Gerçek gazlardaki doğada kimyasal bağlar pratik olarak moleküler kuvvetlerden farklı değildir. Her ikisi de genel olarak, maddenin tüm atomik ve moleküler yapısının oluşturduğu temel yükler arasındaki elektriksel etkileşime kadar kaynar. Bununla birlikte, moleküler ve kimyasal kuvvetler hakkında tam bir anlayış, ancak kuantum mekaniğinin ortaya çıkışı ile mümkün olmuştur .

Hollandalı fizikçinin denklemiyle uyumlu her maddenin uygulamada uygulanamayacağını kabul etmeye değer. Bunun için bir termodinamik istikrar faktörüne de ihtiyaç vardır. Maddenin böyle bir kararlılığı için önemli koşullardan biri, izotermal basınç denkleminin, toplam vücut hacmini azaltma eğilimine tam olarak uyması gerektiğidir. Başka bir deyişle, V değerinin artmasıyla, gerçek gazın tüm izotermleri istikrarlı bir şekilde indirilmelidir. Bu arada, Van der Waals'ın izotermik parsellerinde kritik sıcaklık işaretinin altında yükselen alanlar görülmektedir. Bu bölgelerde bulunan hususlar, maddenin pratikte gerçekleştirilemeyeceği dengesiz duruma karşılık gelir.