Definicja gazu doskonałego

Gaz doskonały to hipotetyczny gaz, którego stan jest całkowicie określony przez prawo gazu doskonałego w dowolnych warunkach. Oznacza to, że jest to gaz, którego ciśnienie, temperatura, objętość i ilość materii (liczba moli) są powiązane następującym równaniem matematycznym:

gdzie P to ciśnienie bezwzględne, V to objętość zajmowana przez gaz, n to liczba moli obecnych cząstek gazu, T to temperatura bezwzględna , a R to uniwersalna stała gazu doskonałego. Jest to równanie stanu z trzema stopniami swobody, co oznacza, że ​​znajomość trzech z czterech zmiennych (P, V, n i T) od razu określa wartość czwartej, a więc całkowicie definiuje stan układu. .

Charakterystyka gazu doskonałego

• Przestrzegają prawa gazu doskonałego w każdych warunkach.
• Zbudowane są z cząstek punktowych.
• Jego cząsteczki nie oddziałują ze sobą.
• Nie ulegają przemianom fazowym, to znaczy nie mogą ulegać kondensacji ani depozycji.
• Jego energia wewnętrzna jest proporcjonalna do temperatury.
• Mają stałe pojemności cieplne, zarówno właściwe, jak i molowe.

Dlaczego są idealne?

Gazy doskonałe reprezentują uproszczony model stanu gazowego, który jest najprostszym stanem, w jakim można znaleźć materię. Jest to model idealny (to znaczy nierzeczywisty), ponieważ spełnienie równania gazu doskonałego dla dowolnej wartości P, V, a nie T oznacza, że ​​gaz doskonały można sprężać w nieskończoność do dowolnej objętości. , nie przestając być gazem (to znaczy nie przechodząc w stan ciekły lub stały), niezależnie od ciśnienia lub temperatury.

Jest to możliwe tylko w naszej wyobraźni (stąd termin ideał, który pochodzi od idei, czegoś, co istnieje tylko w naszym umyśle), ponieważ gazy składają się z materii, a materia z definicji zajmuje pewną objętość w przestrzeni. Oznacza to, że jeśli będziemy stale zmniejszać objętość gazu rzeczywistego, w pewnym momencie cząsteczki gazu zajmą całą dostępną objętość i nie będziemy w stanie go bardziej skompresować. Abyśmy mogli sprężać gaz w nieskończoność, musiałby się on składać z cząstek punktowych, to znaczy cząstek, które mają masę, ale nie zajmują miejsca w przestrzeni, co nie jest prawdą.

Jedynym sposobem, w jaki gaz nie skondensuje się, gdy go sprężymy i zbliżymy cząstki do siebie, jest brak interakcji między cząsteczkami w żaden sposób. W prawdziwym świecie nawet najsłabsze oddziaływania zmniejszają się wraz z odległością, co oznacza, że ​​zwiększają się, gdy zbliżamy cząstki do siebie. Oznacza to, że podczas sprężania gazu rzeczywistego w pewnym momencie cząstki będą na tyle blisko siebie, że siły te będą wystarczająco silne, aby związać ze sobą cząsteczki gazu, tworząc fazę skondensowaną, tj. ciecz lub ciało stałe.

Gazy rzeczywiste, które zachowują się jak gazy doskonałe

Skoro gazy doskonałe nie istnieją, to warto zadać sobie pytanie, po co jest ten model? Odpowiedź brzmi: na szczęście dużo. Żaden prawdziwy gaz nie zachowuje się idealnie w każdych warunkach ciśnienia, temperatury i objętości, jakie możemy sobie wyobrazić. Jednak większość gazów rzeczywistych zachowuje się tak, jakby były idealne w pewnych określonych warunkach, w których cechy, które czynią je rzeczywistymi, mają tak mały wpływ na ich rzeczywiste zachowanie, że są pomijalne.

Aby tak się stało, muszą być spełnione zasadniczo dwa podstawowe warunki:

1. Że objętość zajmowana przez wszystkie cząsteczki gazu jest znikoma w porównaniu z objętością dostępną do przemieszczenia (to znaczy objętością pojemnika, który je zawiera). Warunek ten polega na tym, aby cząstki były jak najbardziej podobne do cząstek punktowych.
2. Że oddziaływania między cząsteczkami są tak słabe i tak krótkie, że praktycznie nie mogą wpływać na ich ruch w pojemniku.

Pierwszy warunek jest spełniony, gdy ciśnienie gazu rzeczywistego jest niskie. W tych warunkach jest bardzo mało cząstek, więc praktycznie cała objętość pojemnika jest dostępna dla cząstek, aby mogły się swobodnie poruszać.

Drugi warunek jest spełniony w wysokich temperaturach. Pamiętaj, że temperatura jest bezpośrednią miarą średniej energii kinetycznej cząstek tworzących materię, w tym gazy. Im wyższa temperatura, tym szybciej cząsteczki poruszają się wewnątrz pojemnika, co sprawia, że ​​efekty sił przyciągania między cząstkami są pomijalne.

Pomocne jest również podanie drugiego warunku, że cząsteczki tworzące gaz, niezależnie od tego, czy są to pojedyncze cząsteczki, czy atomy (jak w przypadku gazów szlachetnych), nie są polarne i że jedyną możliwą formą interakcji między cząsteczką a Inną to londyńskie siły dyspersji, czyli najsłabsze znane oddziaływania międzycząsteczkowe.

Bibliografia

Atkins, P. i dePaula, J. (2010). Atkinsa. Chemia fizyczna ( ^wyd . 8). Panamerican Medical Editorial.

Chang, R. (2002). Fizykochemia ( ^wyd . 1). EDUKACJA MCGRAW HILL.

Chang, R. (2021). Chemia ( ^wyd . 11 ). EDUKACJA MCGRAW HILL.

Farfan, R. (sf). Definicja gazu doskonałego . Scribd. https://es.scribd.com/document/261584369/Definicion-de-Gas-Ideal

Máxima U., J. (2021, 21 października). Idealny gaz . Charakterystyka. https://www.caracteristicas.co/gases-ideales/