Mi az igazi gáz a kémiában?

Valódi gáz az, amely eltér az úgynevezett ideális gáztörvény viselkedésétől. Az ideális gáz egy elméleti gáz, amelynek viselkedése egy bizonyos törvényt követ.

Az ideális gáztörvény

Az ideális gázok viselkedését a következő törvény szabályozza:

PV = nRT

Ahol:

P = nyomás

V = térfogat

n = a gáz móljainak száma

R = gázállandó

T = abszolút hőmérséklet

Az ideális gáz törvénye minden ideális gázra érvényes, függetlenül azok kémiai azonosságától. De ez az egyenlet, amely állapotegyenlet, csak bizonyos feltételeket alkalmaz. Feltételezi, hogy a részecskék tökéletes rugalmas ütközésként vesznek részt, térfogat nélkül, és csak akkor lépnek kölcsönhatásba egymással, ha ütköznek. Más szóval, a gáz a gázok kinetikus molekuláris elmélete szerint viselkedik.

Hasonlóságok a valódi és az ideális gázok között

• Mind a valódi, mind az ideális gázoknak van tömege.
• A gázok sokkal kevésbé sűrűek, mint a folyadékok vagy szilárd anyagok. A gázok részecskéi, mind a valós, mind az ideálisak, nagyon messze vannak egymástól.
• Mivel nagyon ritkák, a gázrészecskék mérete és térfogata nagyon kicsi a részecskék közötti távolsághoz képest.
• Mindkét gáz részecskéinek kinetikus energiája van. A gázrészecskék véletlenszerűen, de gyakorlatilag egyenes vonalban mozognak az ütközések között.

Valódi gázok viselkedése

A valódi gáz olyan gáz, amely az intermolekuláris kölcsönhatások miatt nem úgy viselkedik, mint egy ideális gáz. Az ideális gáz törvénye azon a feltételezésen alapul, hogy a gázok ütközéseket átélő ponttömegekből állnak. Ilyen módon a tényleges gázok alacsony hőmérsékleten vagy magas nyomáson eltérnek ezektől a feltételezésektől.

1. A nyomás növekedésével a gáz térfogata megközelíti a nullát, vagyis csökken. Nem éri el a nullát, mert még mindig vannak molekulák, amelyek egy bizonyos helyet foglalnak el.

• A gázok között fellépő intermolekuláris erők a hőmérséklet csökkenésével nagyobbak, mivel a molekulamozgás ebből a szempontból lelassul, amíg meg nem áll.

Ezért, ha ezeket a feltételeket módosítjuk, a valódi gáz ideális gázként viselkedhet, két feltétel mellett:

1. Alacsony nyomás: Sok gáz alacsony nyomású.
2. Emelt hőmérsékletek: gázokban az emelt hőmérsékletnek azt tekintjük, amely meghaladja a párolgási hőmérsékletet. Tehát még szobahőmérsékleten is elegendő megadni a valódi gázoknak azt a mozgási energiát, ami miatt ideális gázként viselkednek.

Valódi gázegyenlet

Az ideális gáz általában a PV = nRT egyenletet követi, ahol P a nyomás atmoszférában, V a térfogat literben, n a mólok száma, R az ideális gázállandó SI-egységben kifejezve 0,082 L atm/mol K és T a Kelvin-fokban mért hőmérséklet.

Valódi gázok esetén két változtatást kell bevezetni: hozzáadunk egy nyomásállandót és kivonunk egy másik térfogatállandót. Az új egyenlet a következő:

(P + an ² ) (V-nb) = nRT

Ahol „a” az adott gáz molekulái közötti vonzás állandója, „b” pedig a tartályban lévő molekulák térfogata. A fenti egyenletből azt is meg kell jegyezni, hogy további „n” (mól) van megadva, mivel „a” és „b” a gáz egyetlen móljának értékei. 

Ezért az állandók értékét meg kell szorozni az összes mólszámmal, hogy a helyes értéket kapjuk. Ezenkívül az állandók értéke minden gáz esetében eltérő, mivel mindegyiknek más tulajdonságai vannak.

A valódi gázegyenletet Van der Waals egyenletnek nevezik. Itt az a fontos, hogy ismernie kell az „a” és „b” állandók értékét is, amelyek szerencsére könnyen elérhetőek és kereshetők.

Források

Helmenstine, A. (2021). Real Gas vs. Ideal Gas. Letöltve: 2022. február 14., innen: https://sciencenotes.org/real-gas-vs-ideal-gas/

Igazi Gáz. (2013). Letöltve: 2021. május 30. innen: https://cutt.ly/onsPSqr