Реални гасови: отстапување од идеалноста

Терминот "вистински гасови" меѓу хемичарите и физичарите обично се нарекува таков гас, чии својства најдиректно зависат од нивната интермолекуларна интеракција. Иако во било која специјализирана референтна книга може да се прочита дека еден мол од овие супстанции во нормални услови и стабилна состојба зафаќа волумен од околу 22,41108 литри. Таквото тврдење важи само за таканаречените "идеални" гасови, за кои, според Clapeyron равенството, силите на взаемна привлечност и одбивност на молекулите не дејствуваат, а обемот окупиран од вториот е незначително мал.

Се разбира, таквите супстанции не постојат во природата, па затоа сите овие аргументи и пресметки имаат чисто теоретска ориентација. Но, вистински гасови, кои до одреден степен отстапуваат од законите на идеалноста, се најдат многу често. Помеѓу молекулите на таквите супстанции секогаш постојат сили на взаемно привлекување, од што следува дека нивниот волумен се разликува од изведениот совршен модел. И сите вистински гасови имаат различен степен на отстапување од идеалноста.

Но, постои многу јасна тенденција: колку повеќе точка на вриење на супстанцијата е близу до нула степени Целзиусови, толку посилно ќе биде оваа врска од идеалниот модел. Равенката на состојбата на реалниот гас, која му припаѓа на холандскиот физичар Јоханес Дидерик ван дер Валс, била изведена од него во 1873 година. Во оваа формула, со форма (p + n ² a / V ² ) (V - nb) = nRT, се воведуваат две многу важни корекции во споредба со Clapeyron равенството (pV = nRT), определени експериментално. Првиот од нив ги зема предвид силите на молекуларната интеракција, под влијание не само од видот на гасот, туку и од неговиот волумен, густината и притисокот. Втората корекција ја одредува молекуларната маса на супстанцијата.

Најзначајната улога што овие прилагодувања ги добиваат при високи притисоци на гасот. На пример, за азот со брзина од 80 атм. Пресметките ќе се разликуваат од идеалноста за околу пет проценти, а со зголемување на притисокот до четиристотини атмосфери, разликата ќе достигне сто проценти. Следи дека законите на моделот со идеален гас се многу приближни. Отстапувањето од нив е и квантитативно и квалитативно. Првиот се манифестира во фактот дека Clapeyron равенката е задоволена за сите вистински гасовити супстанции многу приближно. Повлекувањата од квалитативна природа се многу подлабоки.

Реалните гасови може целосно да се трансформираат во течна и цврста агрегатна состојба, што би било невозможно ако строго ја следат равенката на Clapeyron. Интермолекуларните сили кои делуваат на таквите супстанции доведуваат до формирање на разни хемиски соединенија. Ова е повторно невозможно во теорискиот идеален гасен систем. Така формираните врски се нарекуваат хемиски врски или валентни обврзници. Во случај кога вистинскиот гас е јонизиран, силите на кулоновската атракција почнуваат да се манифестираат во него, со што се одредува однесувањето на, на пример, плазмата, која е квази-неутрална јонизирана супстанција. Ова е особено точно во светло на фактот дека физиката на плазма денес е огромна, брзо развиена научна дисциплина, која има исклучително широка примена во астрофизиката, теоријата на пропагирање на радио бранови сигнали, во проблемот на контролирани нуклеарни и термонуклеарни реакции.

Хемиските врски во реалните гасови по својата природа практично не се разликуваат од молекуларните сили. Двете од нив, во голема мера, се сведуваат на електричната интеракција помеѓу елементарните обвиненија, од кои се конструира целата атомска и молекуларна структура на материјата. Сепак, целосното разбирање на молекуларните и хемиските сили станало можно само со доаѓањето на квантната механика.

Вреди да се признае дека не може да се реализира секоја состојба на материјата што е компатибилна со равенката на холандскиот физичар. За ова е потребен и фактор на термодинамичка стабилност. Еден од важните услови за таква стабилност на супстанцијата е дека равенката на изотермалниот притисок мора строго да се придржува на тенденцијата за намалување на вкупниот телесен волумен. Со други зборови, со зголемувањето на вредноста на V, сите изотерми на вистинскиот гас мора постојано да се намалуваат. Во меѓувреме, на изотермалните парцели на Ван дер Валс под критичната ознака на температурата, се забележуваат зголемувачки области. Точките кои лежат во такви зони кореспондираат со нестабилната состојба на супстанцијата, која во пракса не може да се реализира.