Echtes Gas

Was ist ein echtes Gas?

A Echtes Gas Es ist eines, das in der Natur mit unterschiedlichen chemischen Strukturen existiert und kein idealisiertes Verhalten zeigt. Sie können Diatommoleküle wie Sauerstoff, Stickstoff usw. sein., sowie monoatomische Moleküle, einschließlich Helium, Neon und andere. Es kann noch schwerere Gase geben, zum Beispiel Kohlendioxid, Methan und Ammoniak.

Idealgase ist ein geschaffenes Modell, das das Verständnis des Verhaltens von Gasen vor verschiedenen Umgebungsbedingungen leitet. Das sogenannte ideale Gasesgesetz wurde 1834 von Benoit Paul émile Clapeyron festgelegt, in der folgenden Formel ausgesprochen: PV = NRT.

Wenn Stickstoff ein ideales und kein wirkliches Verhalten zeigt, könnte er niemals verflüssigt sein und als kryogene Flüssigkeit existieren. Quelle: Stryn über Wikipedia.

Das Gesetz basiert auf einer Reihe von Annahmen, darunter: Annahme, dass die Moleküle eines Gasabmessungen, dh, dass sie pünktlich sind und dass es keine Anziehungskräfte zwischen diesen Molekülen gibt.

Königsgase erfüllen diese Annahmen nicht. Unter bestimmten Bedingungen wie hohen Drücken und niedrigen Temperaturen entkommen sie dem Kompartiment der idealen Gase, indem sie die intermolekularen Kräfte erhöhen. Es erhöht auch den Anteil des Volumens der Moleküle in Bezug auf den Gesamtraum des Gases.

Eigenschaften von echten Gasen

Existenz intermolekularer Kräfte

Unter den Molekülen eines Gases gibt es eine Anziehungskraft, die sie dazu neigt, ihre Mobilität einzuschränken. Diese intermolekularen Kräfte sind als Van der Waals-Streitkräfte bekannt, zu Ehren des niederländischen Wissenschaftlers Johannes van der Waals (1837-1923).

Diese intermolekularen Kräfte sind die Dipolo-Dipolo-Wechselwirkung und die dispersiven Kräfte von London. Ebenso führte van der Waals 1873 die Wirkung intermolekulare Kräfte auf die Zustandsgleichungen eines Gases ein.

Bei der Betrachtung solcher Wechselwirkungen gibt es eine wichtige Abweichung des Verhaltens von realen Gasen in Bezug auf ideale Gase. insbesondere zu hohen Drücken und einer Verringerung des Gasvolumens, was eine größere Wechselwirkung zwischen gasförmigen Molekülen erzeugt.

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Moleküle Volumen

Zu den Merkmalen, die auf die idealen Gase zurückzuführen sind, sollen ihre Moleküle als pünktlich betrachtet werden; Und daher ist das Volumen, das sie in Bezug auf den gesamten Gasraum einnehmen, vernachlässigbar.

Das Volumen, das durch die Moleküle eines realen Gases besetzt ist.

Diese Situation erhöht das Ausmaß der intermolekularen Kräfte im Gas, wenn sich ihre Moleküle nähern, was einige Veränderungen der Gaseigenschaften mit sich bringt. Zum Beispiel nimmt der theoretische Druck des Gass, der an den Wänden des Behälters ausgeübt wird, ab, der es enthält.

Dies liegt daran, dass die Häufigkeit der Kollisionen der Gasmoleküle gegen die Wände des Behälters abnimmt. In der Zwischenzeit nehmen die Kollisionen zwischen denselben Molekülen zu, sodass ihre Mobilität verringert ist.

Van der Waals Gleichung

Reale Gase können die Einhaltung des idealen Gasesgesetzes (PV = NRT) unter bestimmten Bedingungen betrachten. Aber nicht unter allen Bedingungen, um die Notwendigkeit zu erzeugen, das festgelegte Gesetz zu ändern.

Mehrere Autoren gaben ihren Beitrag zu einer Modifikation, die sich an echte Gase anpassen konnte. Zu diesen Beiträgen gehört die Van der Waals -Gleichung:

(P + an²/V²) (V-nb) = nrt

Der Ausdruck (ein²/V²) Es handelt sich um eine Korrektur aufgrund der Abnahme des Drucks, der durch das Gasprodukt der Wechselwirkung zwischen den Gasmolekülen ausgeübt wird. Der Begriff 'a' ist eine empirische Konstante, die für jedes Gas typisch ist und die als Einheit L hat²· Atm · mol^-2.

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Die Expression (V-NB) korrigiert die Wirkung, das Volumen zu ignorieren, das durch die Moleküle eines Gases auf die Eigenschaften eines realen Gases besetzt ist. Der Begriff "B" wird empirisch erhalten und hat als Einheit: l · mol^-1, deren Wert variiert für jedes Gas. B. repräsentiert auch das von Gasmolekülen besetzte Volumen.

Joule-Thompson-Effekt

Wenn ein echtes Gas gezwungen ist, ein Ventil zu überqueren, wird sein Volumen verringert. Aber wenn es es verlässt, wird es ausgeweitet, was zu einer Abnahme der Gastemperatur führt. Diese Funktion hat die Anwendung in Kühlung gefunden.

Kompressionsfaktor (Z) oder Gaskompressibilität

Der Kompressionsfaktor (PV/NRT) ist eine Beziehung, die in den idealen Gasen einen konstanten Wert von 1 hat, unabhängig vom Druck oder der Temperatur, denen sie ausgesetzt sind.

Im Gegenteil, echte Gase wie: Wasserstoff (h)₂), Stickstoff (n₂), Sauerstoff (oder₂) und Kohlendioxid (co₂), einen Wert für den Kompressionsfaktor von mehr als 1, wenn der auf sie ausgeübte Druck größer als 400 atm beträgt.

Kohlendioxid und Sauerstoff können jedoch einen Kompressionsfaktorwert von weniger als 1 für einen niedrigeren Druck von weniger als 400 Atmosphären haben. Fazit: Der Kompressionsfaktor ist bei realen Gasen nicht konstant.

Liquefación

Ideale Gase, wenn sie einem Kompressions- und adiabatischen Expansionsprozess unterliegen, verringern ihre Temperatur und erhöhen ihre Dichte. Aber ohne Phasenänderung. Im Gegensatz dazu haben reale Gase eine Phasenänderung.

Van der Waals Gleichungsanwendung

Berechnen Sie den Druck, der durch ein Methangas (reales Gas) in einem 0 -Behälter ausgeübt wird.5 l a 25 ºC.

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a) Bei der Anwendung der idealen Gase -Gleichung.

b) Bei der Anwendung der Van der Waal -Gleichung mit einem Wert für die Konstante 'a' von 2.25 l²· Atm · mol^-2 und 0.0428 für die Konstante 'B'.

In Unterabschnitt a)

Pv = nrt

P = nrt/v

= (1 mol) (0.082 l · atm · mol^-1· K^-1) (298 k) / (0).50 l)

= 48.87 atm

Und in Unterabschnitt B)

(P + an²/V²) (V-nb) = nrt

A = 225 l²· Atm · mol^-2

B = 0.0428 l · mol^-1

[P + (1 mol)²(2.25 l²· Atm · mol^-2/(0.5 l)²)] [(0).500 l - 0.0428 l)] = (1 mol) (0.082 l · atm · mol^-1) (298 K)

(P + 9 atm) (0.4572 l) = 24.36 atm · l

P = 44.28 atm

Eine Abnahme des durch realen Gas ausgeübten Drucks wird beobachtet, wenn die Van der Waals -Gleichung anstelle der idealen Gase -Gleichung verwendet wird. Dies ist eine Folge der Existenz intermolekularer Kräfte und des Volumens der Gase -Moleküle.

Echte Ga -Beispiele

Alle in der Natur existierenden Gase sind real, einschließlich Gasen mit zweigütigen Molekülen wie Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Chlor, Fluor, Brom und Jod; und monoatomische Gase wie Helium, Argon, Crypton, Neon und Radon.

Zusätzlich zu chemischen Verbindungen im gasförmigen Zustand wie Butan, Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Methan, unter anderem.

Verweise

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