لماذا تنحرف الغازات عن سلوك الغاز المثالي كلما زادت كثافتها؟

1 إجابة واحدة

ربما سمعت كثيراً عن قانون الغاز المثاليّ، وقد تكوّن لديك حدس بكيفيّة استخدام معادلة الغاز المثاليّة للربط في العلاقات بين الضّغط والحجم ومولات الغاز والكثافة ودرجة الحرارة، وعندما نستخدم قانون الغاز المثالي يجب علينا أن نضع افتراضين:

  • أولهما يتعلّق بالفراغ حيث يمكننا تجاهل الحجم الذي تشغله جزيئات الغاز المثالية الخيالية.
  • وثانيهما يتعلّق بجزيئات الغاز التي لا تتجاذب أو تتنافر ومع ذلك نعلم أنّه في الحياة الواقعيّة تتكوّن الغازات من ذرات وجزيئات تستهلك بالفعل بعض الحجم المحدود، ونعلم أيضاً أنّ الذرّات والجزيئات تتفاعل مع بعضها البعض من خلال قوى بين الجزيئات.

الغازات الحقيقيّة ليست ذات أشكال كرويّة متطابقة مثاليّة، مما يعني أنّها تأتي في جميع الأشكال والأحجام المختلفة كالجزيئات ثنائيّة الذرّة، على عكس افتراض أنها كرات متطابقة مثاليّة، وهو افتراض موضوع للغازات المثالية، وتصادمات الغازات الحقيقية ليست مرنة تماماً، ممّا يعني أنّ هناك كميّة من الطاقة الحركيّة تُفقد عند حدوث التّصادم، على عكس الافتراض المصمّم للغازات المثاليّة التي تنصّ على أنّ التّصادمات المثاليّة مرنة تماماً.

وتمتلك الغازات الحقيقيّة قوىً بين الجزيئات تؤثّر عليها فيما بينها، على عكس الافتراض للغازات المثاليّة التي تنصّ على أنّه ليس لديها قوى بين الجزيئات، وبحسب النظريّة الحركيّة للغازات التي تنصّ أنّه من المفترض ألّا تحتلّ جزيئات الغاز مساحة محيطة، ولا يكون بينها أيّ تفاعل أو جذب، لكن وبتطبيق القانون الأساسيّ للغاز المثاليّ فإنّ الكثير من الأخطاء تظهر كنتائج، هذا ما حفّز العالم الكيميائيّ “فان دير والز” على القيام بالتجارب الكثيرة لتعديله وتصحيحه من خلال تقديم ثوابت مناسبة.

السلوك المثاليّ الذي ذكرته سابقاً هو حالة افتراضيّة، فعند ضغط منخفض ودرجة حرارة عالية، تتصرّف الغازات الحقيقيّة تقريباً كغازاتٍ مثاليّة، أمّا الغازات الحقيقيّة فتنحرف عن قوانين الغازات المثاليّة بدرجات متفاوتة لأنّ جزيئاتها تنجذب إلى بعضها البعض، وقد لوحظ وجود العديد من العوامل التي تؤثّر على مدى انحراف الغاز منها زيادة كثافته التي تؤدي إلى نقص المسافة بين جزيئات الغاز وبالتالي فإنّها تحتلّ نسبة أكبر من الفراغ حولها، كما أنّ طبيعة الغاز تلعب دوراً في مدة الانحراف حيث أنّ الهيدروجين والهيليوم والنيتروجين والأكسجين لها انحراق قليل نظراً إلىضعف قوى التجاذب بين جزيئاتها في الأساس وعند الكثافات المرتفعة، ويمكننا استخدام عدد من المعادلات المختلفة لنمذجة سلوك الغازات الحقيقيّة، ولكنّ واحدة من أبسطها هي معادلة فان دير فالس(VdW)، تتضمّن معادلة VdW بشكل أساسيّ تأثير حجم جزيء الغاز والقوى بين الجزيئية في معادلة الغاز المثالية:

[P \ dfrac {an ^ {2}} {V ^ {2}}] [V-nb] = nRT [P

P الضغط المقاس، V حجم إناء التجربة، n عدد مولات الغاز، R ثابت الغاز، T يساوي درجة الحرارة (بالكلفن) مقارنة بقانون الغاز المثالي ، تتضمن معادلة VdW “تصحيح” لمصطلح VVnn.

في درجات الحرارة المنخفضة والضغط المنخفض، لا يكون تصحيح الحجم مهمّاً مثل تصحيح الضغط، عند الضغط العالي، يصبح تصحيح حجم الجزيئات أكثر أهمية، وفي حدٍّ معيّن من الضغط المتوسط، يتم إلغاء التصحيحتين ويبدو أن الغاز يتبع العلاقة المعطاة بواسطة معادلة الغاز المثالية.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "لماذا تنحرف الغازات عن سلوك الغاز المثالي كلما زادت كثافتها؟"؟