Ποια χαρακτηριστικά έχουν πραγματικά αέρια που έρχονται σε αντίθεση με τις υποθέσεις της κινητικής μοριακής θεωρίας;
1. Ελκυστικές και απωθητικές δυνάμεις:
* παραδοχή: Η κινητική μοριακή θεωρία υποθέτει ότι τα μόρια αερίου έχουν αμελητέες ενδομοριακές δυνάμεις.
* Πραγματικότητα: Τα πραγματικά μόρια αερίου αντιμετωπίζουν ελκυστικές δυνάμεις (όπως οι δυνάμεις van der Waals) σε στενές αποστάσεις και απωθητικές δυνάμεις σε πολύ μικρές αποστάσεις. Αυτές οι δυνάμεις γίνονται σημαντικές σε υψηλές πιέσεις ή χαμηλές θερμοκρασίες όταν τα μόρια είναι πιο κοντά.
2. Μη μηδενικός μοριακός όγκος:
* παραδοχή: Η κινητική μοριακή θεωρία υποθέτει ότι τα μόρια αερίου έχουν αμελητέα όγκο σε σύγκριση με τον όγκο του δοχείου.
* Πραγματικότητα: Τα πραγματικά μόρια αερίου έχουν πεπερασμένο τόμο. Αυτός ο όγκος γίνεται σημαντικός σε υψηλές πιέσεις όταν τα μόρια συσκευάζονται πιο στενά μαζί.
3. Μη ιδανικές συγκρούσεις:
* παραδοχή: Η κινητική μοριακή θεωρία υποθέτει ότι οι συγκρούσεις μεταξύ των μορίων αερίου είναι απόλυτα ελαστικές, χωρίς απώλεια ενέργειας.
* Πραγματικότητα: Οι πραγματικές συγκρούσεις φυσικού αερίου μπορούν να περιλαμβάνουν κάποια απώλεια ενέργειας λόγω των διαμοριακών δυνάμεων. Αυτές οι δυνάμεις μπορούν να προκαλέσουν τα μόρια να "κολλήσουν" μαζί για σύντομες περιόδους, επηρεάζοντας τη μεταφορά ενέργειας κατά τη διάρκεια συγκρούσεων.
4. Μη ομοιόμορφη κατανομή ταχύτητας:
* παραδοχή: Η κινητική μοριακή θεωρία υποθέτει ότι τα μόρια αερίου έχουν ομοιόμορφη κατανομή των ταχύτητων σε μια δεδομένη θερμοκρασία.
* Πραγματικότητα: Σε πραγματικά αέρια, η κατανομή των ταχυτήτων αποκλίνει από την ιδανική κατανομή Maxwell-Boltzmann, ειδικά σε υψηλές πιέσεις και χαμηλές θερμοκρασίες.
Συνέπειες αυτών των αποκλίσεων:
* Τα πραγματικά αέρια είναι πιο συμπιεσμένα από τα ιδανικά αέρια: Αυτό οφείλεται στις ελκυστικές δυνάμεις μεταξύ των μορίων, τα οποία τους επιτρέπουν να συσκευάζονται πιο στενά μαζί.
* Τα πραγματικά αέρια έχουν διαφορετικά σημεία βρασμού από τα ιδανικά αέρια: Οι ελκυστικές δυνάμεις μεταξύ των μορίων επηρεάζουν την ενέργεια που απαιτείται για να ξεπεραστούν αυτές οι δυνάμεις και να εισέλθουν στην αέρια φάση.
* Η πραγματική συμπεριφορά φυσικού αερίου μπορεί να αποκλίνει σημαντικά από τους ιδανικούς νόμους αερίου: Ο νόμος για το ιδανικό αέριο (PV =NRT) είναι μόνο μια προσέγγιση για πραγματικά αέρια, ειδικά σε υψηλές πιέσεις και χαμηλές θερμοκρασίες.
Πότε γίνονται σημαντικές αυτές οι αποκλίσεις;
* υψηλή πίεση: Σε υψηλές πιέσεις, τα μόρια είναι πιο κοντά, καθιστώντας πιο σημαντικές τις διαμοριακές δυνάμεις και τον μοριακό όγκο.
* Χαμηλή θερμοκρασία: Σε χαμηλές θερμοκρασίες, τα μόρια έχουν λιγότερη κινητική ενέργεια, καθιστώντας τις ενδομοριακές δυνάμεις πιο σημαντικές.
Πώς να υπολογίσετε την πραγματική συμπεριφορά φυσικού αερίου:
* Εξισώσεις του κράτους: Εξισώσεις όπως η εξίσωση Van der Waals και η απόπειρα εξίσωσης Redlich-Kwong να ληφθούν υπόψη οι αποκλίσεις των πραγματικών αερίων από την ιδανική συμπεριφορά του αερίου, εισάγοντας παράγοντες διόρθωσης για τις διαμοριακές δυνάμεις και τον μοριακό όγκο.
Συνοπτικά, ενώ η θεωρία της κινητικής-μοριακής παρέχει μια χρήσιμη βάση για την κατανόηση της συμπεριφοράς του φυσικού αερίου, τα πραγματικά αέρια παρουσιάζουν αποκλίσεις από αυτές τις ιδανικές υποθέσεις, ειδικά σε υψηλές πιέσεις και χαμηλές θερμοκρασίες. Αυτές οι αποκλίσεις είναι σημαντικές για να ληφθούν υπόψη για ακριβείς προβλέψεις της συμπεριφοράς του φυσικού αερίου σε διάφορες εφαρμογές.
