Qu’est-ce qu’un vrai gaz en chimie ?

Un gaz réel est un gaz qui s’écarte du comportement de la loi dite des gaz parfaits. Le gaz parfait est un gaz théorique, dont le comportement suit une certaine loi.

La loi des gaz parfaits

La loi qui régit le comportement des gaz parfaits est la suivante :

PV = nRT

Où:

P = pression

V = volume

n = nombre de moles de gaz

R = constante des gaz

T = température absolue

La loi des gaz parfaits fonctionne pour tous les gaz parfaits, quelle que soit leur identité chimique. Mais cette équation, qui est une équation d’état, n’applique que certaines conditions. Il suppose que les particules participent comme des collisions élastiques parfaites, sans volume et n’interagissent les unes avec les autres que lorsqu’elles entrent en collision. En d’autres termes, le gaz se comporte selon la théorie cinétique moléculaire des gaz.

Similitudes entre les gaz réels et parfaits

• Les gaz réels et idéaux ont une masse.
• Les gaz sont beaucoup moins denses que les liquides ou les solides. Les particules de gaz, réelles et idéales, sont très éloignées les unes des autres.
• Comme elles sont très clairsemées, la taille et le volume des particules de gaz sont très petits, comparés à la distance entre les particules.
• Les particules des deux gaz ont une énergie cinétique. Les particules de gaz se déplacent au hasard, mais pratiquement en ligne droite entre les collisions.

Comportement des gaz réels

Un gaz réel est un gaz qui, en raison d’interactions intermoléculaires, ne se comporte pas comme un gaz parfait. La loi des gaz parfaits est basée sur l’hypothèse que les gaz sont constitués de masses ponctuelles qui subissent des collisions. De cette manière, les gaz réels s’écartent de ces hypothèses à basse température ou à haute pression.

1. Lorsque la pression augmente, le volume du gaz se rapproche de zéro, c’est-à-dire qu’il diminue. Il n’atteint pas zéro, car il reste des molécules occupant un certain espace.

• Les forces intermoléculaires qui existent entre les gaz sont d’autant plus grandes que les températures sont abaissées, car le mouvement moléculaire dans cet aspect ralentit jusqu’à ce qu’il s’arrête.

Donc, si on modifie ces conditions, le gaz réel peut se comporter comme un gaz parfait, sous deux conditions :

1. Basse pression : De nombreux gaz sont à basse pression.
2. Températures élevées : dans les gaz, les températures élevées sont considérées comme celles qui dépassent la température de vaporisation. Ainsi, même à température ambiante, il suffit de donner aux gaz réels l’énergie cinétique qui les fait agir comme des gaz parfaits.

Équation des gaz réels

Le gaz parfait suit généralement l’équation PV = nRT, où P est la pression en atmosphères, V est le volume en litres, n est le nombre de moles, R est la constante du gaz parfait exprimée en unités SI comme 0,082 L. atm/mol K, et T est la température mesurée en degrés Kelvin.

Pour les gaz réels, deux changements doivent être introduits en ajoutant une constante pour la pression et en soustrayant une constante différente pour le volume. La nouvelle équation est la suivante :

(P + an ² )(V-nb) = nRT

Où « a » est la constante d’attraction entre les molécules d’un gaz donné, et « b » est le volume de ces molécules à l’intérieur du récipient. Il convient également de noter à partir de l’équation ci-dessus que des « n » (moles) supplémentaires sont donnés, car « a » et « b » sont des valeurs pour une seule mole de ce gaz. 

C’est pourquoi vous devez multiplier la valeur des constantes par le nombre total de moles afin d’obtenir la valeur correcte. De plus, les valeurs des constantes sont différentes pour chaque gaz, car chacun d’eux a des propriétés différentes.

L’équation réelle des gaz s’appelle l’équation de Van der Waals. L’important ici est que vous devez également connaître les valeurs des constantes « a » et « b », qui, heureusement, sont facilement disponibles et consultables.

Sources

En ligneHelmenstine, A. (2021). Gaz réel vs gaz idéal. Extrait le 14 février 2022, de https://sciencenotes.org/real-gas-vs-ideal-gas/

Du vrai gaz. (2013). Extrait le 30 mai 2021 de https://cutt.ly/onsPSqr