Чем отличаются реальные газы от идеальных как это отличие учтено в уравнении состояния

Видео:Уравнение Ван-дер-Ваальса | Газы.Молекулярно-кинетическая теория | Химия (видео 8)Скачать

Содержание:

Видео:35. Реальные газыСкачать

Главное отличие — реальный против идеального газа

Газ — это тип физического состояния, в котором может существовать материя. Когда частицы или молекулы соединения могут свободно перемещаться в любом месте внутри контейнера, это соединение называется газом. Газообразное состояние отличается от двух других физических состояний (твердое и жидкое состояние) в зависимости от способа упаковки частиц или молекул. Настоящий газ — это газообразное соединение, которое действительно существует. Идеальный газ — это газообразное соединение, которое в действительности не существует, но является гипотетическим газом. Тем не менее, некоторые газообразные соединения демонстрируют примерно такое же поведение, что и идеальные газы при определенных условиях температуры и давления. Следовательно, мы можем применять газовые законы для такого рода реальных газов, предполагая, что они являются идеальными газами. Даже если обеспечены надлежащие условия, реальный газ не может стать на 100% близким к поведению идеального газа из-за различий между реальным и идеальным газом. Основное различие между реальным и идеальным газом заключается в том, что молекулы реального газа имеют межмолекулярные силы, тогда как идеальный газ не имеет межмолекулярных сил.

Ключевые области покрыты

1. Что такое настоящий газ
— Определение, специфические свойства
2. Что такое идеальный газ
— Определение, специфические свойства
3. В чем разница между реальным и идеальным газом
— Сравнение основных различий

Ключевые слова: газ, идеальный газ, газовые законы, межмолекулярные силы, реальный газ

Видео:Реальный газ Уравнение Ван-Дер-ВаальсаСкачать

Что такое настоящий газ

Настоящий газ — это газообразное соединение, которое действительно существует в окружающей среде. Эти реальные газы состоят из разных атомов или молекул, которые называются частицами. Эти частицы газа находятся в постоянном движении. Частица газа имеет определенный объем и массу. Следовательно, газ имеет определенный объем и массу. Объем газа рассматривается как объем контейнера, в котором хранится газ.

Некоторые реальные газы состоят из атомов. Например, газ гелий состоит из атомов гелия. Но другие газы состоят из молекул. Например, газообразный азот состоит из N₂ молекулы. Следовательно, эти газы имеют массу и объем.

Кроме того, реальные молекулы газа имеют межмолекулярные притяжения между ними. Эти силы притяжения называются ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями. Эти силы притяжения слабы. Столкновения между реальными молекулами газа неэластичны. Это означает, что когда две настоящие частицы газа коллоидны друг с другом, можно наблюдать изменение энергии частицы и изменение направления ее движения.

Однако некоторые реальные газы могут вести себя как идеальные газы в условиях низкого давления и высокой температуры. При высоких температурах кинетическая энергия молекул газа увеличивается. Поэтому движение молекул газа ускоряется. Это приводит к меньшему или отсутствию межмолекулярных взаимодействий между реальными молекулами газа.

Поэтому в условиях низкого давления и высокой температуры мы можем применять газовые законы для реальных газов. Например, при низком давлении и высокой температуре;

PV / nRT ≈ 1

Где P — давление газа,

n — число молей газа,

R — идеальная газовая постоянная и

Т — температура системы.

Это значение называется коэффициент сжимаемости, Это значение, которое используется в качестве поправочного коэффициента для отклонения свойства реального газа от идеального газа. Но для реальных газов PV ≠ nRT.

Рисунок 1: Коэффициент сжимаемости для разных газов относительно идеального газа

Хотя значение PV / nRT точно не равно 1, оно приблизительно равно значению при условиях низкого давления и высокой температуры.

Видео:Почему некоторые газы называют благородными.Скачать

Что такое идеальный газ?

Идеальный газ — это гипотетический газ, которого на самом деле не существует в окружающей среде. Понятие идеального газа было введено, поскольку поведение реальных газов сложное и отличается друг от друга, а поведение реального газа можно описать в отношении свойств идеального газа.

Идеальные газы — это газообразные соединения, которые состоят из очень крошечных молекул, которые имеют незначительный объем и массу. Как мы уже знаем, все реальные газы состоят из атомов или молекул, которые имеют определенный объем и массу. Столкновения между молекулами идеального газа упругие. Это означает, что нет изменений кинетической энергии или направления движения газовой частицы.

Между частицами идеального газа нет сил притяжения. Поэтому частицы движутся здесь и там свободно. Однако идеальные газы могут стать настоящими газами при высоких давлениях и низких температурах, поскольку частицы газа сближаются друг с другом с уменьшенной кинетической энергией, которая приведет к образованию межмолекулярных сил.

Рисунок 2: Поведение идеального газа по отношению к газу He и газу CO2

Идеальный газ подчиняется всем газовым законам без каких-либо предположений. Значение PV / nRT для идеального газа равно 1. Поэтому значение для PV равно значению для nRT. Если это значение (коэффициент сжимаемости) равно 1 для конкретного газа, то это идеальный газ.

Видео:Реальные газы. Изотермы Эндрюса и Ван-Дер-Ваальса. Метастабильные состоянияСкачать

Разница между реальным и идеальным газом

Определение

Настоящий газ: Настоящий газ — это газообразное соединение, которое действительно существует в окружающей среде.

Идеальный газ: Идеальный газ — это гипотетический газ, которого на самом деле не существует в окружающей среде.

Межмолекулярные аттракционы

Настоящий газ: Между частицами реального газа существуют силы межмолекулярного притяжения.

Идеальный газ: Между частицами идеального газа нет сил межмолекулярного притяжения.

Газовая частица

Настоящий газ: Частицы в реальном газе имеют определенный объем и массу.

Идеальный газ: Частицы в идеальном газе не имеют определенного объема и массы.

Столкновения

Настоящий газ: Столкновения между реальными молекулами газа неэластичны.

Идеальный газ: Столкновения между молекулами идеального газа упругие.

Кинетическая энергия

Настоящий газ: Кинетическая энергия частиц реального газа изменяется при столкновениях.

Идеальный газ: Кинетическая энергия частиц идеального газа постоянна.

Изменение в государстве

Настоящий газ: Настоящий газ может вести себя как идеальный газ при низком давлении и высоких температурах.

Идеальный газ: Идеальный газ может вести себя как настоящий газ при высоком давлении и низких температурах.

Заключение

Настоящие газы — это газообразные соединения, которые действительно существуют в окружающей среде. Но идеальные газы — это гипотетические газы, которых на самом деле не существует. Эти идеальные газы могут быть использованы для понимания поведения реальных газов. Применяя закон о газе для реального газа, мы можем предположить, что реальные газы ведут себя как идеальные газы при условиях низкого давления и высокой температуры. Но точным способом является использование поправочных коэффициентов для расчетов, а не допущения. Поправочные коэффициенты получаются путем определения разницы между реальным и идеальным газом.

Рекомендации:

1. «Настоящие газы». Химия LibreTexts, Libretexts, 1 февраля 2016,

Видео:Физика. МКТ: Идеальный газ. Центр онлайн-обучения «Фоксфорд»Скачать

Разница между идеальным и реальным газом

Исследователи выделяют модели газа идеального и реального. В чем их специфика?

Видео:Разница между пропан - бутаном и метаномСкачать

Что представляет собой идеальный газ?

В науке распространена трактовка понятия «идеальный газ», соответствующая гипотетическому веществу (не существующему в реальности), свойства которого могут быть описаны посредством уравнения Клапейрона — Менделеева.

Под идеальным газом понимается математическая модель соответствующего вещества, которая характеризуется:

• возможностью пренебрежения потенциальной энергией, образующейся в процессе взаимодействия частиц газа — в сравнении с уровнем кинетической энергии данных частиц;
• крайне малым общим объемом составляющих газ частиц;
• очень малым присутствием или же отсутствием дистанционных сил притяжения частиц либо отталкивания их;
• очень малым временем взаимодействия частиц друг с другом.

к содержанию ↑

Видео:Как понять что вещество выпадает в осадок или образуется газСкачать

Что представляет собой реальный газ?

Под реальным газом, в свою очередь, понимается вещество, которое не может быть описано уравнением Клапейрона — Менделеева. Так, молекулы, присутствующие в нем, взаимодействуют друг с другом, формируют некоторый объем.

Нужно отметить, что во многих случаях характеристики потенциальной энергии, формирующейся в ходе взаимодействия молекул реального газа, существенно ниже кинетической энергии. Вследствие чего соответствующие газы по своим свойствам приближаются к тем, что характеризуют идеальный газ. Заметные различия между рассматриваемыми веществами начинают появляться, как правило, при повышении давления и снижении температуры.

Видео:В чем отличия сжиженного газа от природногоСкачать

Сравнение

Главное отличие идеального газа от реального заключается в том, что в модели первого вещества практически не учитывается объем молекул, а также энергия их взаимодействия. В реальном газе соответствующие показатели учитываются. Вместе с тем при невысоком давлении и большой температуре реальный газ по своим свойствам близок к идеальному.

Определив, в чем разница между идеальным и реальным газом, зафиксируем выводы в таблице.

Видео:КАК РАЗЛИЧАЮТ ГАЗОВЫЕ БАЛЛОНЫСкачать

Уравнение состояния вещества

Параметры состояния связаны друг с другом. Соотношение, при котором определяется данная связь, называют уравнением состояния данного тела. В самом простом случае равновесное состояние тела определяется значением следующих параметров: давления p , объема V и температуры (масса тела или системы, как правило, известна).

Видео:Газ свойства и классыСкачать

Что такое идеальный газ

Уравнение состояния так называемого идеального газа является простым, но достаточно информативным.

Идеальный газ – это газ, в котором пренебрегают взаимодействием молекул между собой.

Идеальными считают разреженные газы. Особенно близки к идеальным газы гелий и водород. Идеальный газ – это упрощенная математическая модель реального газа: молекулы движутся хаотически, а соударения между молекулами и удары молекул о стенки сосуда упругие, не приводящие к потерям энергии в системе. Подобная упрощенная модель весьма удобна, поскольку не требует учета силы взаимодействия между молекулами газа. Множество реальных газов не отличаются в своем поведении от идеального газа в условиях, когда суммарный объем молекул пренебрежимо мал в сравнении с объемом сосуда (то есть при атмосферном давлении и комнатной температуре). Это дает возможность применять уравнение состояния идеального газа для сложных расчетов.

Уравнение состояния идеального газа запишем несколько раз ( 2 ) , ( 3 ) , ( 5 ) :

p V = m μ R T = ν R T ( 2 ) .

Уравнение ( 2 ) – уравнение Менделеева-Клапейрона, где m – это масса газа, μ – это молярная масса газа, R = 8 , 31 Д ж м о л ь · К – это универсальная газовая постоянная, ν – это число молей вещества.

где N – это количество молекул газа в массе m , k = 1 , 38 · 10 — 23 Д ж К , постоянная Больцмана, определяющая «долю» газовой постоянной, которая приходится на 1 молекулу и

N A = 6 , 02 · 10 23 м о л ь — 1 – это постоянная Авогадро.

Если поделить в ( 4 ) обе части на V , то получаем следующий вид записи уравнения состояния идеального газа:

где n = N V – это количество частиц в единице объема или же концентрация частиц.

Видео:Отличия ГБО 4 и 5 поколения - что такое жидкий впрыск?Скачать

Что такое реальный газ

Рассмотрим теперь более сложные системы: неидеальные газы и жидкости.

Реальный газ – это газ, между молекулами которого наблюдаются заметные силы взаимодействия.

Необходимо учитывать, что в неидеальных, плотных газах взаимодействие молекул высоко. Известно, что взаимодействие молекул очень сильно усложняет физическую картину, потому точную формулу уравнения состояния неидеального газа не получается записать в простом виде. В данном случае прибегают к приближенным формулам, найденным полу-эмпирическим путем. Самая удачная формула – это уравнение Ван-деp-Ваальса.

Взаимодействие молекул обладает сложным характером. На достаточно больших расстояниях между молекулами действуют силы притяжения. С уменьшением расстояния силы притяжения вначале растут, однако потом уменьшаются и преобразуются в силы отталкивания. Притяжение и отталкивание молекул будем рассматривать и учитывать отдельно. Уравнение Ван-дер-Ваальса, которое описывает состояние одного моля реального газа, имеет вид:

p + a V μ 2 V μ — b = R T ( 6 ) ,

где a V μ 2 – это внутреннее давление, обусловленное силами притяжения между молекулами, b – это поправка на собственный объем молекул, учитывающая действие сил отталкивания между молекулами, при этом:

b = N A 2 3 πd 3 ( 7 ) ,

где d – это диаметр молекулы. Значение a рассчитывается по формуле:

a = — 2 πN A 2 ∫ d ∞ W p ( r ) r 2 dr ( 8 ) ,

где W p ( r ) – это потенциальная энергия притяжения 2 -х молекул.

При увеличении объема значение поправок в уравнении ( 6 ) становится менее существенным. И в пределе уравнение ( 6 ) превращается в уравнение ( 2 ) . Это согласовано с тем фактом, что с уменьшением плотности реальные газы по своим характеристикам приближаются к идеальным.

Положительным в уравнении Ван-деp-Ваальса является тот факт, что данное равенство при очень больших плотностях приблизительно описывает также и свойства жидкости, в частности, плохую ее сжимаемость. Потому существует основание предполагать, что уравнение Ван-деp-Ваальса позволяет отразить и переход от жидкости к газу (либо от газа к жидкости).

На рисунке 1 представлена изотерма Ван-дер-Ваальса для некоторого постоянного значения температуры T , которая построена из соответствующего уравнения.

В месте “извилины” (участок КМ) изотерма 3 раза пересекает изобару. На участке
V 1 , V 2 давление увеличивается с ростом объема.

Подобная зависимость невозможна. Это означает, что в этой области с веществом происходит что-то необыкновенное. Что именно, не видно в уравнении Ван-деp-Ваальса. Обратимся к опыту. В месте “извилины” на изотерме в состоянии равновесия вещество расслаивается на 2 фазы: жидкую и газообразную. Обе фазы существуют одновременно и находятся в фазовом равновесии. В таком состоянии происходит испарение жидкости и конденсация газа. Процессы протекают с такой интенсивностью, что полностью компенсируют друг друга: объем жидкости и газа со временем не изменяется.

Газ, который находится в фазовом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным паром. Если фазовое равновесие отсутствует, отсутствует также компенсация испарения и конденсации, тогда газ называется ненасыщенным паром.

Что происходит с изотермой в области двухфазного состояния вещества (то есть в месте «извилины» изотермы Ван-деp-Ваальса)? Эксперимент показывает, что в этом месте при изменении объема давление остается неизменным. График изотермы идет параллельно оси V (рисунок 2 ).

С увеличением температуры участок двухфазных состояний на изотермах уменьшается до тех пор, пока не превращается в точку (рисунок 2 ). Это особая точка К , в которой исчезает разница между жидкостью и паром. Ее называют критической точкой.

Параметры, которые соответствуют критическому состоянию, являются критическими (критическая температура, критическое давление, критическая плотность вещества).

Необходимо найти величину n . В процессе, представленном на рисунке 3 , давление p

Из графика, приведенного на рисунке 3 , запишем уравнение процесса в параметрах p ( V ) :

С учетом уравнения Менделеева-Клайперона:

V вместо объема, получаем:

Моль кислорода охлаждают до — 100 ° C . Необходимо определить давление, которое оказывает газ на стенки сосуда, если занимаемый газом объем V = 0 , 1 л . Необходимо также сравнить p с давлением идеального газа p i d , если бы кислород вел себя как идеальный газ. Величина постоянных Ван-дер-Ваальса a и b , для кислорода a = 0 , 1358 П а · м 6 / м о л ь 2 , b = 3 , 167 · 10 — 5 м 3 / м о л ь .

Из уравнения Ван-Дер-Ваальса имеем:

p = R T V μ — b — a V μ 2

Переведем температуру в систему измерения: T = t + 273 , По условию T = 173 K , V = 0 , 1 л = 10 — 4 м 3 .

Произведем расчет: p = 8 , 31 · 173 ( 10 — 3 , 2 ) · 10 — 5 — 0 , 1358 ( 10 — 4 ) 2 = 75 , 61 · 10 5 ( П а ) .

Для идеального газа:

Рассчитаем: p i d = 1 · 8 , 31 · 173 10 — 4 = 143 · 10 5 ( П а ) .

🔥 Видео

ГБО II, IV и V поколения. Отличия. Почему расход разный? Почему мощность разная?Скачать

Как это устроено? Путь газа: анатомия газового промыслаСкачать

Что такое сжиженный газ? | Разница сжиженного и природного газаСкачать

Угарный газ. Жизненно важная информация.Скачать

Реология материалов. ВведениеСкачать

Что такое природный газ? Просто о сложномСкачать