تعديلات على معادلة الغاز المثالي لتمكين التطبيق على الغازات الحقيقية

معامل الانضغاط وعلاقته بالمعادلة المثالية. معامل انضغاط الغاز هو نسبة حجم الغاز عند درجة حرارة وضغط معينين إلى الحجم الذي سيشغله الغاز إذا كان غازًا مثاليًا عند نفس درجة الحرارة والضغط. يخبرنا عامل الانضغاط عن مدى انحراف الغاز المعطى عن الغاز المثالي عند درجة حرارة وضغط محددين.

إنها نسبة حجم الغاز إلى حجم الغاز المثالي عند نفس الضغط ودرجة الحرارة. بالنسبة لمعادلة الغاز المثالي يمكن اشتقاق عامل الانضغاط على النحو التالي. هنا P هو الضغط، n هو عدد مولات الغاز، T هي درجة الحرارة المطلقة و R هو ثابت الغاز.

وفقا لقانون بويل فإن الضغط يتناسب عكسيا مع الحجم. وبالتالي فإن حاصل الضغط والحجم ثابت في حالة التوازن. إنها في درجة حرارة قياسية. لذلك، بالنسبة للغازات المثالية عند درجة حرارة ثابتة، تظل القيمة PV ثابتة على الرغم من تغير الضغط. ولكن بالنسبة للغازات الحقيقية، فإن الرسم البياني PV مقابل P لن يكون خطًا مستقيمًا.

نظرًا لأن الغازات الحقيقية لها قوى بين الجزيئات، فإن جزيئات الغاز عند اصطدامها ببعضها البعض سوف تتباطأ. وبالتالي فإن الضغط سيكون أقل من الضغط في ظروف الغاز المثالية. وبالتالي فإن الرسم البياني للغازات الحقيقية سوف ينخفض في البداية بسبب زيادة الضغط، ولكن بعد ذلك يبدأ في الارتفاع.

كلما زاد الانخفاض، زادت القوى الجزيئية بين جزيئات الغاز. يحدث هذا لأن الغاز الحقيقي لا يمكن ضغطه إلا عند نقطة معينة وبعد هذا الضغط لا يحدث أي انخفاض في الحجم. وبالتالي فإن الرسم البياني للغازات الحقيقية هو كما يلي.

الغازات الحقيقية تصل إلى السلوك المثالي عند الضغط المنخفض. تحتوي الغازات على قوى بين الجزيئات أقل بكثير ولكن هذه القوى التجاذبية لا تزال موجودة. لذا فإن الغازات الحقيقية تنحرف عن سلوك الغاز المثالي لأن الغازات المثالية لا تحتوي على قوى بين الجزيئات. عند الضغط المنخفض، تتعرض الغازات الحقيقية لقوى بين الجزيئات أقل. عند الضغط المنخفض، تكون جزيئات الغاز بعيدة جدًا عن بعضها البعض ويصبح حجم الجزيئات أقل أهمية بسبب المساحة بينها. لذا فإن الغازات تميل إلى التصرف بشكل أكثر مثالية عند الضغط المنخفض.

درجة حرارة عالية. تظهر الغازات الحقيقية قوى جذب بين الجزيئات مما يجعلها تختلف عن الغازات المثالية. حيث أن الغازات المثالية لها قوى جذب مهملة فيما بينها. من خلال تطبيق الضغط المنخفض ودرجة الحرارة المرتفعة فإن الغازات الحقيقية تتصرف مثل الغازات المثالية. عند درجات الحرارة العالية والضغط المنخفض، تصبح الجزيئات بعيدة جدًا عن بعضها البعض وتصبح القوى بين الجزيئات مهملة. لذلك فإن الغازات تتصرف بشكل مثالي عند الضغط المنخفض ودرجة الحرارة المرتفعة. في هذه الحالة، تخضع الغازات لقانون بويل وتتصرف مثل الغازات المثالية.

معادلة فان دير فالز. تظهر هذه المعادلة العلاقة بين الضغط والحجم ودرجة الحرارة وكمية الغازات الحقيقية. في هذه المعادلة، يتم استخدام الثابت b لتصحيح الكسر الحجمي في الغازات الحقيقية. بينما يتم استخدام a لقياس قوى التجاذب بين جزيئات الغاز الحقيقي. معادلة فان دير فالز تحتوي على ثابتين بوحدات معينة.

لتصحيح الحجم والضغط للغازات الحقيقية ذات القيم الثابتة إلى الغازات المثالية يتم استخدام معادلة فان دير فالس. رسم بياني لـ PV على RT مقابل P لمول واحد من الهيدروجين في درجات حرارة مختلفة. أولاً، نرى هذا الرسم البياني للهيدروجين عند درجة حرارة ثابتة. وفقًا للرسم البياني، يوجد خط مستقيم لظروف الغاز المثالية، لكن الهيدروجين غاز حقيقي. والغازات الحقيقية لا تحتوي على افتراضين للغازات المثالية.

أولاً، لا توجد قوة جذب بين جزيئات الغاز ولكن في الغازات الحقيقية توجد قوى جذب. ثانياً، حجم جزيئات الغاز يمكن إهماله، لكن جزيئات الغاز الحقيقية لها حجم معين. وهذا هو السبب في أن خط الرسم البياني للهيدروجين ينحرف عن خط الغاز المثالي.

والآن نفكر في نفس السيناريو عند درجات حرارة مختلفة. مع زيادة درجة الحرارة تتصرف الغازات الحقيقية مثل الغازات المثالية عند ضغط منخفض ثابت. وبالتالي، من خلال زيادة خط الرسم البياني لدرجة الحرارة، سيصبح الهيدروجين أكثر أفقية وقريبًا من خط الغاز المثالي. ولكن مع انخفاض درجة الحرارة تزداد قوة الجذب الجزيئي، وبالتالي ينحرف الغاز الحقيقي أكثر عن سلوك الغاز المثالي.