Skutočný plyn

Čo je skutočný plyn?

A skutočný plyn Je to ten, ktorý existuje v prírode s rôznymi chemickými štruktúrami a ktorý nevykazuje idealizované správanie. Môžu to byť diatomické molekuly, ako je kyslík, dusík atď., ako aj monoatomické molekuly vrátane héliu, neónu a ďalších. Môžu existovať dokonca ťažšie plyny, napríklad oxid uhličitý, metán a amoniak.

Ideálne plyny je vytvorený model, ktorý vedie porozumenie správaniu plynov pred rôznymi podmienkami prostredia. So -called Ideal Gasesov zákon založil Benoit Paul Émile Clapeyron v roku 1834, vyhlásený v nasledujúcom vzorci: PV = NRT.

Ak dusík vykazuje ideálne a nie skutočné správanie, nikdy by nemohlo byť skvapalnené a existovať ako kryogénna tekutina. Zdroj: Stryn cez Wikipedia.

Zákon je založený na súbore predpokladov, vrátane: za predpokladu, že molekuly plynu nemajú rozmery, to znamená, že sú presné a že medzi týmito molekulami neexistujú žiadne príťažlivé sily.

Kráľovské plyny nespĺňajú tieto predpoklady. Za určitých podmienok, ako sú vysoké tlaky a nízke teploty, unikajú z oddelenia ideálnych plynov zvýšením intermolekulárnych síl. Zvyšuje tiež podiel objemu molekúl vo vzťahu k celkovému priestoru obsadenému plynom.

Charakteristiky skutočných plynov

Existencia medzimolekulárnych síl

Medzi molekulami plynu je sila príťažlivosti, ktorá ich má tendenciu zhromažďovať ich obmedzenie ich mobility. Tieto intermolekulárne sily sú známe ako van der Waals Force, na počesť holandského vedca Johannesa Van der Waalsa (1837-1923).

Tieto intermolekulárne sily sú interakciou dipolo-dipolo a disperzné sily v Londýne. Podobne van der Waals v roku 1873 zaviedol účinok intermolekulárnych síl na štátne rovnice plynu.

Pri zvažovaní týchto interakcií existuje dôležitá odchýlka správania skutočných plynov vo vzťahu k ideálnym plynom; Najmä na vysoké tlaky a zníženie objemu plynu, čo vytvára väčšiu interakciu medzi plynnými molekulami.

Môže vám slúžiť: 7 chemických laboratórnych postupov (jednoduché)

Objem molekúl

Medzi charakteristikami pripisovanými ideálnym plynom sa majú považovať svoje molekuly za presné; A preto objem, ktorý zaberajú vo vzťahu k celkovému plynovému priestoru.

Objem obsadený molekulami skutočného plynu však môže byť dôležitý, ak je plyn vystavený tlaku, ktorý spôsobuje zníženie jeho objemu, čím sa zvýši podiel objemu molekúl plynu vo vzťahu k celkovému obsadenému priestoru pre plyn.

Táto situácia zvyšuje veľkosť intermolekulárnych síl v plyne, keď ich molekuly priblížia, čo prináša určité zmeny vo vlastnostiach plynu. Napríklad dochádza k poklesu teoretického tlaku plynu vyvíjaného na stenách nádoby, ktorý ho obsahuje.

Je to preto, že frekvencia kolízií molekúl plynu na stenách kontajnera klesá. Medzitým sa zvyšujú zrážky medzi rovnakými molekulami, takže ich mobilita sa zmenšuje.

Van der Waals rovnica

Skutočné plyny môžu pristupovať k dodržiavaniu zákona o ideálnych plynoch (PV = NRT) za konkrétnych podmienok. Ale nie za všetkých podmienok, čo je potrebné upraviť zavedený zákon.

Niekoľko autorov prispelo k modifikácii, ktorá by sa mohla prispôsobiť skutočným plynom. Medzi tieto príspevky patrí van der Waalsova rovnica:

(P + An²/V²) (V-nb) = nrt

Výraz (a²/V²) Je to korekcia v dôsledku zníženia tlaku vyvíjaného pomocou plynového produktu interakcie medzi molekulami plynu. Termín „A“ je empirická konštanta, ktorá je typická pre každý plyn a ktorá má ako jednotka L²· Atm · mol^-2.

Môže vám slúžiť: jodid draselný (KI): Štruktúra, vlastnosti, získanie, použitie, riziká

Expresia (V-NB) koriguje účinok ignorovania objemu obsadeného molekulami plynu na vlastnosti skutočného plynu. Termín „B“ sa získa empiricky a má ako jednotka: l · mol^-1, ktorého hodnota sa líši pre každý plyn. B. tiež predstavuje objem obsadený molekulami plynu.

Efekt Joule-Thompson

Ak je skutočný plyn nútený prekročiť ventil, dochádza k zníženiu jeho objemu; Ale pri jeho opustení sa rozširuje, čo vedie k zníženiu teploty plynu. Táto funkcia našla aplikáciu v chladení.

Kompresný faktor (Z) alebo stlačiteľnosť plynu

Kompresný faktor (PV/NRT) je vzťah, ktorý má v ideálnych plynoch konštantnú hodnotu 1, bez ohľadu na tlak alebo teplotu, na ktorú sú vystavené.

Naopak, skutočné plyny, ako napríklad: vodík (h₂), dusík (n₂), kyslík (alebo₂) a oxid uhličitý (CO₂), mať hodnotu pre kompresný faktor väčší ako 1, keď je tlak na ne viac ako 400 atm.

Oxid uhličitý a kyslík však môžu mať hodnotu kompresného faktora nižšiu ako 1 pre nižší tlak nižší ako 400 atmosféry. Záverom: Kompresný faktor nie je konštantný v skutočných plynoch.

Skvapalník

Ideálne plyny, keď sú vystavené kompresii a procesu adiabatickej expanzie, znižujú ich teplotu a zvyšujú ich hustotu. Ale bez fázovej zmeny. Naopak, skutočné plyny zažívajú zmenu fázy: sú skvapalnené, prechádzajú do kvapalnej fázy.

Aplikácia van der Waals

Vypočítajte tlak vyvíjaný metánovom plynom (skutočný plyn) v nádobe 0.5 l A 25 ° C.

Môže vám slúžiť: karbid vápenatý (CAC2): Štruktúra, vlastnosti, získanie, použitia

a) Pri aplikácii ideálnej rovnice plynov.

b) Pri aplikácii Van der Waal rovnice s hodnotou pre konštantu „A“ 2.25 l²· Atm · mol^-2 a 0.0428 pre konštantnú „b“.

V pododdiele A)

PV = NRT

P = nrt/v

= (1 mol) (0.082 l · atm · mol^-1· K^-1) (298 K) / (0.50 l)

= 48.87 bankomat

A v pododdiele B)

(P + An²/V²) (V-nb) = nrt

A = 225 l²· Atm · mol^-2

B = 0.0428 L · mol^-1

[P + (1 mol)²(2.25 l²· Atm · mol^-2/(0.5 l)²)] [(0.500 L - 0.0428 l)] = (1 mol) (0.082 l · atm · mol^-1) (298 k)

(P + 9 atm) (0.4572 l) = 24.36 ATM · L

P = 44.28 bankomat

Zníženie tlaku vyvíjaného skutočným plynom sa pozoruje, keď sa namiesto ideálnej rovnice plynov použije rovnica van der Waals. Je to dôsledok existencie intermolekulárnych síl a objemu molekúl plynu Gase.

Príklady skutočného plynu

Všetky plyny, ktoré existujú v prírode, sú skutočné, vrátane plynov s diatomickými molekulami, ako je kyslík, dusík, vodík, chlór, fluór, bróm a jód; a monoatomické plyny, ako je hélium, argón, krypton, neón a radón.

Okrem chemických zlúčenín v plynnom stave, ako je bután, oxid uhličitý, oxid siričitý, metán,.

Odkazy

1. Walter J. Moore. (1963). Fyzikálna chémia. V chemickej kinetike. Štvrté vydanie, Longmans.
2. Irán. Levine. (2009). Princípy fyzikálneho spôsobu. Šieste vydanie. MC Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Skutočný plyn. Zdroj: In.Wikipedia.orgán
4. HelMestine, Anne Marie, PH.D. (25. augusta 2020). Skutočná definícia a skúšky plynu. Zotavené z: Thoughtco.com
5. Clark Jim. (2017). Ideálne plyny a zákon o ideálnom plyne. Získané z: Chemguide.co.Uk
6. Chémia librettexts. (10. mája 2019). Skutočné plyny. Získané z: Chem.Librettexts.orgán
7. Encyklopédia príkladov (2019). Ideálny plyn a skutočný plyn. Obnovené z: príkladov.co