Tabla de Contenidos
Ένα ιδανικό αέριο είναι ένα υποθετικό αέριο του οποίου η κατάσταση καθορίζεται πλήρως από τον νόμο του ιδανικού αερίου κάτω από οποιοδήποτε σύνολο συνθηκών. Δηλαδή, είναι ένα αέριο του οποίου η πίεση, η θερμοκρασία, ο όγκος και η ποσότητα της ύλης (αριθμός γραμμομορίων) συσχετίζονται μέσω της ακόλουθης μαθηματικής εξίσωσης:
όπου P είναι η απόλυτη πίεση, V είναι ο όγκος που καταλαμβάνει το αέριο, n είναι ο αριθμός των γραμμομορίων σωματιδίων αερίου που υπάρχουν, T είναι η απόλυτη θερμοκρασία και R είναι η καθολική σταθερά του ιδανικού αερίου. Αυτή είναι μια εξίσωση κατάστασης με τρεις βαθμούς ελευθερίας, που σημαίνει ότι η γνώση των τριών από τις τέσσερις μεταβλητές (P, V, n και T) καθορίζει αμέσως την τιμή της τέταρτης και επομένως ορίζει πλήρως την κατάσταση του συστήματος .
Χαρακτηριστικά ενός ιδανικού αερίου
- Υπακούουν στον νόμο του ιδανικού αερίου κάτω από όλες τις συνθήκες.
- Αποτελούνται από σημειακά σωματίδια.
- Τα σωματίδια του δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.
- Δεν υφίστανται αλλαγές φάσης, δηλαδή δεν μπορούν να υποστούν συμπύκνωση ή εναπόθεση.
- Η εσωτερική του ενέργεια είναι ανάλογη της θερμοκρασίας.
- Έχουν σταθερές θερμοχωρητικότητες, τόσο ειδικές όσο και μοριακές.
Γιατί είναι ιδανικά;
Τα ιδανικά αέρια αντιπροσωπεύουν ένα απλοποιημένο μοντέλο της αέριας κατάστασης, που είναι η απλούστερη κατάσταση στην οποία μπορεί να βρεθεί η ύλη. Είναι ιδανικό μοντέλο (δηλαδή δεν είναι πραγματικό), αφού η εκπλήρωση της εξίσωσης ιδανικού αερίου για οποιαδήποτε τιμή P, V, όχι T, σημαίνει ότι ένα ιδανικό αέριο μπορεί να συμπιεστεί άπειρα σε όσο μικρό όγκο θέλουμε. , χωρίς να πάψει να είναι αέριο (χωρίς δηλαδή να γίνει υγρή ή στερεή κατάσταση), ανεξαρτήτως πίεσης ή θερμοκρασίας.
Αυτό είναι δυνατό μόνο στη φαντασία μας (εξ ου και ο όρος ιδανικό, που προέρχεται από την ιδέα, κάτι που υπάρχει μόνο στο μυαλό μας), αφού τα αέρια αποτελούνται από ύλη και η ύλη, εξ ορισμού, καταλαμβάνει έναν όγκο στο χώρο. Αυτό σημαίνει ότι αν μειώνουμε συνεχώς τον όγκο ενός πραγματικού αερίου, κάποια στιγμή τα σωματίδια του αερίου θα καταλάβουν όλο τον διαθέσιμο όγκο και δεν θα μπορούμε να τον συμπιέσουμε περαιτέρω. Για να συμπιέσουμε ένα αέριο επ’ αόριστον, θα έπρεπε να αποτελείται από σημειακά σωματίδια, δηλαδή σωματίδια που έχουν μάζα αλλά δεν καταλαμβάνουν θέση στο χώρο, κάτι που δεν είναι αλήθεια.
Επίσης, ο μόνος τρόπος που ένα αέριο δεν θα συμπυκνωθεί καθώς το συμπιέζουμε και μετακινούμε τα σωματίδια πιο κοντά μεταξύ τους είναι εάν τα σωματίδια δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με οποιονδήποτε τρόπο. Στον πραγματικό κόσμο, ακόμη και οι πιο αδύναμες αλληλεπιδράσεις μειώνονται με την απόσταση, πράγμα που σημαίνει ότι αυξάνονται καθώς πλησιάζουμε τα σωματίδια το ένα στο άλλο. Αυτό σημαίνει ότι όταν συμπιέζεται ένα πραγματικό αέριο, σε κάποιο σημείο τα σωματίδια θα είναι αρκετά κοντά το ένα στο άλλο ώστε αυτές οι δυνάμεις να είναι αρκετά ισχυρές ώστε να δεσμεύουν τα σωματίδια αερίου μεταξύ τους, σχηματίζοντας μια συμπυκνωμένη φάση, δηλαδή ένα υγρό ή ένα στερεό.
Πραγματικά αέρια που συμπεριφέρονται σαν ιδανικά αέρια
Εάν δεν υπάρχουν ιδανικά αέρια, αξίζει να ρωτήσετε, τότε, σε τι χρησιμεύει αυτό το μοντέλο; Η απάντηση είναι, ευτυχώς, πολλή. Κανένα πραγματικό αέριο δεν συμπεριφέρεται ιδανικά κάτω από όλες τις συνθήκες πίεσης, θερμοκρασίας και όγκου που μπορούμε να φανταστούμε. Ωστόσο, τα περισσότερα πραγματικά αέρια συμπεριφέρονται σαν να ήταν ιδανικά κάτω από ορισμένες καθορισμένες συνθήκες στις οποίες τα χαρακτηριστικά που τα καθιστούν αληθινά συμβάλλουν τόσο λίγο στην πραγματική τους συμπεριφορά που είναι αμελητέα.
Για να συμβεί αυτό, βασικά πρέπει να πληρούνται δύο βασικές προϋποθέσεις:
- Ότι ο όγκος που καταλαμβάνουν όλα τα σωματίδια αερίου είναι αμελητέος σε σύγκριση με τον διαθέσιμο όγκο για κίνηση (δηλαδή τον όγκο του δοχείου που τα περιέχει). Αυτή η συνθήκη επιδιώκει τα σωματίδια να είναι όσο το δυνατόν παρόμοια με τα σημειακά σωματίδια.
- Ότι οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων είναι τόσο αδύναμες και τόσο σύντομες που πρακτικά δεν μπορούν να επηρεάσουν την κίνησή τους μέσα στο δοχείο.
Η πρώτη προϋπόθεση πληρούται όταν η πίεση ενός πραγματικού αερίου είναι χαμηλή. Υπό αυτές τις συνθήκες, υπάρχουν πολύ λίγα σωματίδια, επομένως σχεδόν ολόκληρος ο όγκος του δοχείου είναι διαθέσιμος για τα σωματίδια να κινούνται ελεύθερα.
Η δεύτερη προϋπόθεση πληρούται σε υψηλές θερμοκρασίες. Θυμηθείτε ότι η θερμοκρασία είναι ένα άμεσο μέτρο της μέσης κινητικής ενέργειας των σωματιδίων που αποτελούν την ύλη, συμπεριλαμβανομένων των αερίων. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο πιο γρήγορα κινούνται τα σωματίδια μέσα στο δοχείο, γεγονός που καθιστά αμελητέα τα αποτελέσματα των δυνάμεων έλξης μεταξύ των σωματιδίων.
Βοηθά επίσης να δοθεί η δεύτερη προϋπόθεση ότι τα σωματίδια που αποτελούν το αέριο, είτε πρόκειται για μεμονωμένα μόρια είτε για άτομα (όπως στην περίπτωση των ευγενών αερίων), δεν είναι πολικά και ότι η μόνη δυνατή μορφή αλληλεπίδρασης μεταξύ ενός σωματιδίου και ενός άλλου είναι οι δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου, δηλαδή οι πιο αδύναμες γνωστές διαμοριακές αλληλεπιδράσεις.
βιβλιογραφικές αναφορές
Atkins, P., & dePaula, J. (2010). Άτκινς. Physical Chemistry (8η έκδ .). Panamerican Medical Editorial.
Chang, R. (2002). Physical Chemistry (1st ed .). ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ MCGRAW HILL.
Chang, R. (2021). Χημεία (11η έκδ .). ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ MCGRAW HILL.
Farfan, R. (σφ). Ορισμός Ideal Gas . Scribd. https://es.scribd.com/document/261584369/Definicion-de-Gas-Ideal
Máxima U., J. (2021, 21 Οκτωβρίου). Ideal Gas . Χαρακτηριστικά. https://www.caracteristicas.co/gases-ideales/
