Реальні гази

Реальні гази – не підлягають повністю рівнянню стану ідеального газу.

Відхилення властивостей реальних газів від властивостей ідеального газу пояснюються:

• наявністю сил притягання між молекулами (підвищення тиску та зниження температури сприяє зростанню сил притягання);

• наявністю певного об’єму в кожній молекулі газу (в кінетичній теорії нехтують об’ємом молекул).

Рівняння стану реального газу Ван-дер-Ваальса (1873) описує стан реального газу при високих тисках і низьких температурах:

(Р + а ∙ ν²/V) ∙ (V – ν ∙ b) = ν ∙R ∙ T,

де а ∙ ν²/V – враховує вплив сил притягання між молекулами;

ν ∙ b – власний об’єм частинок і взаємне відштовхування на малих відстанях.

Сталі а і b підбирають емпірично для кожного конкретного газу. Наприклад, для СО₂: а = 3,592л²∙атм∙моль; b = 42,67см³∙моль^-1.

Рівняння Ван-дер-Ваальса враховує не всі причини відхилень властивостей реальних газів від властивостей ідеального газу, тому його застосування обмежене і поширюється лише на речовини із постійним складом молекул.

Для обчислення властивостей реальних газів використовують рівняння:

,

де β ‑ фактор стисливості (стала величина), залежить від природи речовини, від параметрів стану газу.

Рівняння справедливе тільки у вузькому інтервалі зміни тиску, температури та питомого (молярного) об’єму досліджуваного газу.

Ізотерми Ендрюса для СО₂:

Д Д Д Р В=С 321К С В 304К А 295К С В А V

Відрізок АВ – газоподібний стан, підпорядковується закону Бойля – Маріотта: Р↑, V↓ Відрізок ВС – перехід газу в рідкий стан (рівновага рідина – пара). З підвищенням температури відрізок ВС зменшується, при t = 31,3^0С (304К) переходить в т. В=С (критичний стан). Відрізок СД – відповідає рідині: Р↑, V=const. При подальшому підвищенні температури ізотерми наближаються до ізотерми ідеального газу. Умови зрідження газів (спрямовані на збільшення сил притягання між частинками): Високий тиск; Низька температура (сприяє зниженню кінетичної енергії Ек та руху частинок).

Теорія зрідження газів (Менделєєв, 1860)

• Для кожного газу існує критична температура (t_крит), вище якої газ ні за яких умов не може бути перетворений на рідину.

• Мінімальний тиск, необхідний для зрідження газу, при його критичній температурі, називається критичним тиском (Р_крит).

• Об’єм, який займає один моль газу, при критичних тиску та температурі, називається критичним об’ємом (V_крит).

• Стан газу, який знаходиться під критичним тиском, при критичній температурі й займає критичний об’єм, називається критичним станом.

Наприклад, критичний стан для СО₂ визначається такими параметрами: Р_крит = 72,9атм., t_крит = 31,3⁰С, V_крит = 0,096л