Tikrosios dujos: nukrypimas nuo idealumo

Tikrosios dujos: nukrypimas nuo idealumo
Tikrosios dujos: nukrypimas nuo idealumo
Anonim

Chemikų ir fizikų terminas „tikrosios dujos“vartojamas tokioms dujoms, kurių savybės labiausiai priklauso nuo jų tarpmolekulinės sąveikos, vadinti. Nors bet kuriame specializuotame žinyne galima perskaityti, kad vienas molis šių medžiagų normaliomis sąlygomis ir pastovioje būsenoje užima maždaug 22,41108 litro tūrį. Toks teiginys galioja tik vadinamosioms „idealioms“dujoms, kurioms pagal Clapeyron lygtį neveikia abipusės molekulių traukos ir atstūmimo jėgos, o pastarųjų užimamas tūris yra nereikšmingas..

tikros dujos
tikros dujos

Žinoma, tokių medžiagų gamtoje nėra, todėl visi šie argumentai ir skaičiavimai yra grynai teoriniai. Tačiau tikrų dujų, kurios vienu ar kitu laipsniu nukrypsta nuo idealumo dėsnių, randama nuolat. Tarp tokių medžiagų molekulių visada yra abipusės traukos jėgos, o tai reiškia, kad jų tūris šiek tiek skiriasi nuosukurtas tobulas modelis. Be to, visos tikrosios dujos turi skirtingą nukrypimo nuo idealumo laipsnį.

Tačiau čia yra labai aiški tendencija: kuo medžiagos virimo temperatūra bus artima nuliui Celsijaus laipsnių, tuo labiau šis junginys skirsis nuo idealaus modelio. Tikrųjų dujų būsenos lygtis, priklausanti olandų fizikui Johannesui Diederikui van der Waalsui, buvo išvesta jo 1873 m. Ši formulė, kurios forma yra (p + n2a/V2) (V – nb)=nRT, buvo palyginta su Clapeyron lygtis (pV=nRT), nustatyta eksperimentiniu būdu. Pirmajame iš jų atsižvelgiama į molekulinės sąveikos jėgas, kurioms įtakos turi ne tik dujų rūšis, bet ir jų tūris, tankis bei slėgis. Antrasis pakeitimas nustato medžiagos molekulinę masę.

Tikrųjų dujų būsenos lygtis
Tikrųjų dujų būsenos lygtis

Šie reguliavimai įgauna svarbiausią vaidmenį esant aukštam dujų slėgiui. Pavyzdžiui, azotui esant 80 atm indikatoriui. skaičiavimai nuo idealaus skirsis maždaug penkiais procentais, o slėgiui padidėjus iki keturių šimtų atmosferų, skirtumas jau sieks šimtą procentų. Iš to išplaukia, kad idealių dujų modelio dėsniai yra labai apytiksliai. Nukrypimas nuo jų yra ir kiekybinis, ir kokybinis. Pirmasis pasireiškia tuo, kad Clapeyron lygtis stebima visoms tikroms dujinėms medžiagoms labai apytiksliai. Kokybiniai nukrypimai yra daug gilesni.

Tikros dujos gali būti konvertuojamos irį skystį ir į kietą agregacijos būseną, o tai būtų neįmanoma, jei jie griežtai laikytųsi Clapeyron lygties. Tokias medžiagas veikiančios tarpmolekulinės jėgos lemia įvairių cheminių junginių susidarymą. Vėlgi, tai neįmanoma teorinėje idealiųjų dujų sistemoje. Tokiu būdu susidarę ryšiai vadinami cheminiais arba valentiniais ryšiais. Tuo atveju, kai tikros dujos jonizuojamos, jose pradeda atsirasti Kulono traukos jėgos, kurios lemia, pavyzdžiui, plazmos, kuri yra beveik neutrali jonizuota medžiaga, elgesį. Tai ypač aktualu turint omenyje tai, kad plazmos fizika šiandien yra didžiulė, sparčiai besivystanti mokslo disciplina, turinti itin platų pritaikymą astrofizikoje, radijo bangų signalų sklidimo teorijoje, valdomų branduolinių ir termobranduolinių reakcijų problemoje.

Tikros dujų izotermos
Tikros dujų izotermos

Cheminės jungtys tikrose dujose savo prigimtimi praktiškai nesiskiria nuo molekulinių jėgų. Tiek tie, tiek kiti iš esmės yra redukuoti iki elektrinės sąveikos tarp elementariųjų krūvių, iš kurių susidaro visa materijos atominė ir molekulinė struktūra. Tačiau iki galo suprasti molekulines ir chemines jėgas tapo įmanoma tik atsiradus kvantinei mechanikai.

Verta pripažinti, kad ne kiekviena materijos būsena, suderinama su olandų fiziko lygtimi, gali būti įgyvendinta praktiškai. Tam taip pat reikalingas jų termodinaminio stabilumo faktorius. Viena iš svarbių tokio medžiagos stabilumo sąlygų yra ta, kad inIzoterminio slėgio lygtyje turi būti griežtai laikomasi bendro kūno tūrio mažėjimo tendencijos. Kitaip tariant, didėjant V reikšmei, visos tikrųjų dujų izotermos turi nuolat kristi. Tuo tarpu van der Waals izoterminiuose sklypuose kylančios atkarpos stebimos žemiau kritinės temperatūros žymos. Tokiose zonose esantys taškai atitinka nestabilią materijos būseną, kurios praktiškai neįmanoma realizuoti.

Rekomenduojamas: