Διαφορά μεταξύ πραγματικού και ιδανικού αερίου

Κύρια διαφορά – Real vs Ideal Gas

Ένα αέριο είναι ένας τύπος φυσικής κατάστασης στην οποία μπορεί να υπάρχει η ύλη. Όταν τα σωματίδια ή τα μόρια μιας ένωσης είναι ελεύθερα να κινούνται οπουδήποτε μέσα σε ένα δοχείο, αυτή η ένωση ονομάζεται αέριο. Η αέρια κατάσταση είναι διαφορετική από άλλες δύο φυσικές καταστάσεις (στερεή και υγρή κατάσταση) ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο συσκευάζονται τα σωματίδια ή τα μόρια. Ένα πραγματικό αέριο είναι μια αέρια ένωση που υπάρχει πραγματικά. Ένα ιδανικό αέριο είναι μια αέρια ένωση που δεν υπάρχει στην πραγματικότητα αλλά είναι ένα υποθετικό αέριο. Ωστόσο, ορισμένες αέριες ενώσεις παρουσιάζουν περίπου παρόμοια συμπεριφορά με αυτή των ιδανικών αερίων σε συγκεκριμένες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης. Επομένως, μπορούμε να εφαρμόσουμε νόμους αερίων για αυτού του είδους τα πραγματικά αέρια υποθέτοντας ότι είναι ιδανικά αέρια. Παρόλο που παρέχονται οι κατάλληλες συνθήκες, ένα πραγματικό αέριο δεν μπορεί να πλησιάσει 100% τη συμπεριφορά ενός ιδανικού αερίου λόγω των διαφορών μεταξύ πραγματικού και ιδανικού αερίου. Η κύρια διαφορά μεταξύ πραγματικού και ιδανικού αερίου είναι ότι τα μόρια πραγματικού αερίου έχουν διαμοριακές δυνάμεις ενώ ένα ιδανικό αέριο δεν έχει διαμοριακές δυνάμεις.

Βασικές περιοχές που καλύπτονται

1. Τι είναι ένα πραγματικό αέριο
      – Ορισμός, Συγκεκριμένες Ιδιότητες
2. Τι είναι το ιδανικό αέριο
      – Ορισμός, Συγκεκριμένες Ιδιότητες
3. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ πραγματικού και ιδανικού αερίου
      – Σύγκριση βασικών διαφορών

Βασικοί όροι:Αέριο, Ιδανικό Αέριο, Νόμοι για το Αέριο, Διαμοριακές Δυνάμεις, Πραγματικό Αέριο

Τι είναι ένα πραγματικό αέριο

Το πραγματικό αέριο είναι μια αέρια ένωση που υπάρχει πραγματικά στο περιβάλλον. Αυτά τα πραγματικά αέρια αποτελούνται από διαφορετικά άτομα ή μόρια που ονομάζονται σωματίδια. Αυτά τα σωματίδια αερίου βρίσκονται σε συνεχή κίνηση. Ένα σωματίδιο αερίου έχει καθορισμένο όγκο και μάζα. Επομένως, ένα αέριο έχει καθορισμένο όγκο και μάζα. Ο όγκος ενός αερίου θεωρείται ως ο όγκος του δοχείου στο οποίο διατηρείται το αέριο.

Μερικά πραγματικά αέρια αποτελούνται από άτομα. Για παράδειγμα, το αέριο Ήλιο αποτελείται από άτομα ηλίου. Αλλά άλλα αέρια αποτελούνται από μόρια. Για παράδειγμα, το αέριο άζωτο αποτελείται από N₂ μόρια. Επομένως, αυτά τα αέρια έχουν μάζα και όγκο.

Επιπλέον, τα πραγματικά μόρια αερίου έχουν διαμοριακές έλξεις μεταξύ τους. Αυτές οι δυνάμεις έλξης ονομάζονται αλληλεπιδράσεις Van Der Waal. Αυτές οι δυνάμεις έλξης είναι αδύναμες. Οι συγκρούσεις μεταξύ πραγματικών μορίων αερίου είναι μη ελαστικές. Αυτό σημαίνει ότι όταν δύο πραγματικά σωματίδια αερίου είναι κολλοειδή μεταξύ τους, μπορεί να παρατηρηθεί μια αλλαγή στην ενέργεια του σωματιδίου και μια αλλαγή στην κατεύθυνση της κίνησής του.

Ωστόσο, ορισμένα πραγματικά αέρια μπορεί να συμπεριφέρονται ως ιδανικά αέρια υπό συνθήκες χαμηλής πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας. Σε υψηλές θερμοκρασίες, η κινητική ενέργεια των μορίων αερίου αυξάνεται. Επομένως η κίνηση των μορίων αερίου επιταχύνεται. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα λιγότερες ή καθόλου διαμοριακές αλληλεπιδράσεις μεταξύ πραγματικών μορίων αερίου.

Επομένως, σε συνθήκες χαμηλής πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας, μπορούμε να εφαρμόσουμε νόμους αερίων για πραγματικά αέρια. Για παράδειγμα, σε χαμηλή πίεση και υψηλή θερμοκρασία,

PV / nRT  ≈  1

Όπου  P είναι η πίεση του αερίου,

V είναι ο όγκος του αερίου,

n είναι ο αριθμός των γραμμομορίων αερίου,

Το R είναι η ιδανική σταθερά αερίου και

T είναι η θερμοκρασία του συστήματος.

Αυτή η τιμή ονομάζεται συντελεστής συμπιεστότητας . Είναι μια τιμή που χρησιμοποιείται ως διορθωτικός συντελεστής για την απόκλιση μιας ιδιότητας ενός πραγματικού αερίου από ένα ιδανικό αέριο. Αλλά για πραγματικά αέρια PV ≠ nRT.

Εικόνα 1:Συντελεστής συμπιεστότητας για διαφορετικά αέρια σε σχέση με αυτόν ενός ιδανικού αερίου

Αν και η τιμή του PV /nRT δεν είναι ακριβώς ίση με 1, είναι περίπου ίση τιμή σε συνθήκες χαμηλής πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας.

Τι είναι το Ideal Gas

Το ιδανικό αέριο είναι ένα υποθετικό αέριο που δεν υπάρχει πραγματικά στο περιβάλλον. Η έννοια του ιδανικού αερίου εισήχθη καθώς η συμπεριφορά των πραγματικών αερίων είναι περίπλοκη και διαφορετική μεταξύ τους, και η συμπεριφορά ενός πραγματικού αερίου μπορεί να περιγραφεί σε σχέση με τις ιδιότητες ενός ιδανικού αερίου.

Τα ιδανικά αέρια είναι αέριες ενώσεις που αποτελούνται από πολύ μικροσκοπικά μόρια που έχουν αμελητέο όγκο και μάζα. Όπως ήδη γνωρίζουμε, όλα τα πραγματικά αέρια αποτελούνται από άτομα ή μόρια που έχουν καθορισμένο όγκο και μάζα. Οι συγκρούσεις μεταξύ ιδανικών μορίων αερίου είναι ελαστικές. Αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχουν αλλαγές στην κινητική ενέργεια ή την κατεύθυνση της κίνησης του σωματιδίου αερίου.

Δεν υπάρχουν δυνάμεις έλξης μεταξύ των ιδανικών σωματιδίων αερίου. Επομένως, τα σωματίδια κινούνται εδώ κι εκεί ελεύθερα. Ωστόσο, τα ιδανικά αέρια μπορεί να γίνουν πραγματικά αέρια σε υψηλές πιέσεις και χαμηλές θερμοκρασίες, καθώς τα σωματίδια του αερίου έρχονται κοντά το ένα στο άλλο με μειωμένη κινητική ενέργεια που θα έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό διαμοριακών δυνάμεων.

Εικόνα 2:Η συμπεριφορά του ιδανικού αερίου σε σχέση με το αέριο He και το αέριο CO2

Ένα ιδανικό αέριο υπακούει σε όλους τους νόμους των αερίων χωρίς καμία υπόθεση. Η τιμή για PV /nRT για ένα ιδανικό αέριο ισούται με 1. Επομένως, η τιμή για PV είναι ίση με την τιμή για nRT. Εάν αυτή η τιμή (συντελεστής συμπιεστότητας) είναι ίση με 1 για ένα συγκεκριμένο αέριο, τότε είναι ιδανικό αέριο.

Διαφορά μεταξύ πραγματικού και ιδανικού αερίου

Ορισμός

Real Gas : Ένα πραγματικό αέριο είναι μια αέρια ένωση που υπάρχει πραγματικά στο περιβάλλον.

Ideal Gas : Ένα ιδανικό αέριο είναι ένα υποθετικό αέριο που δεν υπάρχει πραγματικά στο περιβάλλον.

Διαμοριακά Αξιοθέατα

Real Gas : Υπάρχουν διαμοριακές δυνάμεις έλξης μεταξύ πραγματικών σωματιδίων αερίου.

Ideal Gas : Δεν υπάρχουν διαμοριακές δυνάμεις έλξης μεταξύ των ιδανικών σωματιδίων αερίου.

Σωματίδιο αερίου

Real Gas : Τα σωματίδια σε ένα πραγματικό αέριο έχουν καθορισμένο όγκο και μάζα.

Ideal Gas : Τα σωματίδια σε ένα ιδανικό αέριο δεν έχουν καθορισμένο όγκο και μάζα.

Συγκρούσεις

Real Gas : Οι συγκρούσεις μεταξύ πραγματικών μορίων αερίου είναι μη ελαστικές.

Ideal Gas : Οι συγκρούσεις μεταξύ ιδανικών μορίων αερίου είναι ελαστικές.

Κινητική ενέργεια

Real Gas : Η κινητική ενέργεια των πραγματικών σωματιδίων αερίου αλλάζει με τις συγκρούσεις.

Ideal Gas : Η κινητική ενέργεια των ιδανικών σωματιδίων αερίου είναι σταθερή.

Αλλαγή κατάστασης

Real Gas : Ένα πραγματικό αέριο μπορεί να συμπεριφέρεται ως ιδανικό αέριο σε συνθήκες χαμηλής πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας.

Ideal Gas : Ένα ιδανικό αέριο μπορεί να συμπεριφέρεται σαν πραγματικό αέριο σε συνθήκες υψηλής πίεσης και χαμηλής θερμοκρασίας.

Συμπέρασμα

Τα πραγματικά αέρια είναι αέριες ενώσεις που υπάρχουν πραγματικά στο περιβάλλον. Όμως τα ιδανικά αέρια είναι υποθετικά αέρια που στην πραγματικότητα δεν υπάρχουν. Αυτά τα ιδανικά αέρια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατανόηση της συμπεριφοράς των πραγματικών αερίων. Όταν εφαρμόζουμε έναν νόμο αερίων για ένα πραγματικό αέριο, μπορούμε να υποθέσουμε ότι τα πραγματικά αέρια συμπεριφέρονται ως ιδανικά αέρια σε συνθήκες χαμηλής πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας. Αλλά ο ακριβής τρόπος είναι να χρησιμοποιήσουμε συντελεστές διόρθωσης για τους υπολογισμούς αντί να υποθέσουμε. Οι συντελεστές διόρθωσης λαμβάνονται με τον προσδιορισμό της διαφοράς μεταξύ πραγματικού και ιδανικού αερίου.