10.9: Gaze reale – Abateri de la comportamentul ideal

Relații de presiune, volum și temperatură în gazele reale

Pentru un gaz ideal, o reprezentare grafică a \(PV/nRT\) în funcție de \(P\) dă o linie orizontală cu o interceptare de 1 pe axa \(PV/nRT\). Cu toate acestea, gazele reale prezintă abateri semnificative de la comportamentul așteptat pentru un gaz ideal, în special la presiuni ridicate (Figura \(\PageIndex{1a}\)). Numai la presiuni relativ scăzute (mai puțin de 1 atm) gazele reale se apropie de comportamentul gazului ideal (Figura \(\(\PageIndex{1b}\)).

imageedit_9_2502611383.jpg
Figura \(\PageIndex{1}\): Gazele reale nu se supun legii gazelor ideale, mai ales la presiuni ridicate. (a) În aceste diagrame ale PV/nRT în funcție de P la 273 K pentru mai multe gaze obișnuite, se observă abateri negative mari pentru C2H4 și CO2, deoarece acestea se lichefiază la presiuni relativ scăzute. (b) Aceste diagrame ilustrează acordul relativ bun dintre datele experimentale pentru gazele reale și legea gazului ideal la presiuni scăzute.

Gazele reale se apropie, de asemenea, mai mult de comportamentul gazului ideal la temperaturi mai ridicate, așa cum se arată în figura \(\PageIndex{2}\) pentru \(N_2\). De ce se comportă gazele reale atât de diferit de gazele ideale la presiuni ridicate și temperaturi scăzute? În aceste condiții, cele două ipoteze de bază care stau la baza legii gazelor ideale – și anume, că moleculele de gaz au un volum neglijabil și că interacțiunile intermoleculare sunt neglijabile – nu mai sunt valabile.

imageedit_4_8528510928.jpg
Figura \(\PageIndex{2}\): Efectul temperaturii asupra comportamentului gazelor reale. O reprezentare grafică a \(PV/nRT\) în funcție de \(P\) pentru azotul gazos la trei temperaturi arată că apropierea de comportamentul gazului ideal devine mai bună pe măsură ce crește temperatura.

Pentru că se presupune că moleculele unui gaz ideal au volum zero, volumul disponibil pentru ele pentru mișcare este întotdeauna același cu volumul recipientului. În schimb, moleculele unui gaz real au volume mici, dar măsurabile. La presiuni scăzute, moleculele gazoase sunt relativ îndepărtate, dar pe măsură ce presiunea gazului crește, distanțele intermoleculare devin din ce în ce mai mici (Figura \(\PageIndex{3}\)). Ca urmare, volumul ocupat de molecule devine semnificativ în comparație cu volumul recipientului. În consecință, volumul total ocupat de gaz este mai mare decât volumul prezis de legea gazului ideal. Astfel, la presiuni foarte mari, valoarea măsurată experimental a PV/nRT este mai mare decât valoarea prezisă de legea gazului ideal.

imageedit_10_8052893891.jpg
Figura \(\PageIndex{3}\): Efectul volumului diferit de zero al particulelor de gaz asupra comportării gazelor la presiuni joase și înalte. (a) La presiuni scăzute, volumul ocupat de moleculele propriu-zise este mic în comparație cu volumul recipientului. (b) La presiuni ridicate, moleculele ocupă o mare parte din volumul recipientului, rezultând o reducere semnificativă a spațiului în care se pot mișca moleculele.

În plus, toate moleculele sunt atrase unele de altele printr-o combinație de forțe. Aceste forțe devin deosebit de importante în cazul gazelor la temperaturi scăzute și presiuni ridicate, unde distanțele intermoleculare sunt mai mici. Atracțiile dintre molecule reduc numărul de coliziuni cu peretele recipientului, un efect care devine mai pronunțat pe măsură ce numărul de interacțiuni atractive crește. Deoarece distanța medie dintre molecule scade, presiunea exercitată de gaz asupra peretelui recipientului scade, iar presiunea observată este mai mică decât cea așteptată (Figura \(\PageIndex{4}\)). Astfel, așa cum se arată în Figura \(\PageIndex{2}\), la temperaturi scăzute, raportul \(PV/nRT\) este mai mic decât cel prezis pentru un gaz ideal, un efect care devine deosebit de evident pentru gazele complexe și pentru gazele simple la temperaturi scăzute. La presiuni foarte mari, predomină efectul volumului molecular diferit de zero. Concurența dintre aceste efecte este responsabilă pentru minimul observat în graficul \(PV/nRT\) versus \(P\) pentru multe gaze.

Volumul molecular nenul face ca volumul real să fie mai mare decât cel prezis la presiuni ridicate; atracțiile intermoleculare fac ca presiunea să fie mai mică decât cea prezisă.

La temperaturi ridicate, moleculele au suficientă energie cinetică pentru a învinge forțele de atracție intermoleculare, iar efectele volumului molecular nenul predomină. Dimpotrivă, pe măsură ce temperatura scade, energia cinetică a moleculelor de gaz scade. În cele din urmă, se atinge un punct în care moleculele nu mai pot învinge forțele atractive intermoleculare, iar gazul se lichefiază (se condensează în lichid).

.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.