Tabla de Contenidos
Ideaalikaasu on hypoteettinen kaasu, jonka tila on täysin ideaalisen kaasun lain määräämä kaikissa olosuhteissa. Toisin sanoen se on kaasu, jonka paine, lämpötila, tilavuus ja ainemäärä (moolimäärä) liittyvät toisiinsa seuraavan matemaattisen yhtälön avulla:
missä P on absoluuttinen paine, V on kaasun tilavuus, n on läsnä olevien kaasuhiukkasten moolien lukumäärä, T on absoluuttinen lämpötila ja R on universaali ihannekaasuvakio. Tämä on tilayhtälö, jossa on kolme vapausastetta, mikä tarkoittaa, että kolmen neljästä muuttujasta (P, V, n ja T) tieto määrittää välittömästi neljännen arvon ja siten täysin järjestelmän tilan. .
Ihanteellisen kaasun ominaisuudet
- Ne noudattavat ihanteellisen kaasun lakia kaikissa olosuhteissa.
- Ne koostuvat pistehiukkasista.
- Sen hiukkaset eivät ole vuorovaikutuksessa toistensa kanssa.
- Niissä ei tapahdu faasimuutoksia, eli ne eivät pääse kondensoitumaan tai kerrostumaan.
- Sen sisäinen energia on verrannollinen lämpötilaan.
- Niillä on vakiolämpökapasiteetti, sekä spesifinen että molaarinen.
Miksi ne ovat ihanteellisia?
Ideaalikaasut edustavat yksinkertaistettua mallia kaasumaisesta tilasta, joka on yksinkertaisin tila, jossa ainetta voidaan löytää. Se on ihanteellinen malli (eli se ei ole todellinen), koska ideaalikaasuyhtälön täyttäminen mille tahansa arvolle P, V, ei T, tarkoittaa, että ihanteellinen kaasu voidaan puristaa äärettömästi niin pieneen tilavuuteen kuin haluamme. , ilman että se lakkaa olemasta kaasu (eli ilman, että se muuttuu nestemäiseksi tai kiinteäksi) paineesta tai lämpötilasta riippumatta.
Tämä on mahdollista vain mielikuvituksessamme (siis termi ihanne, joka tulee ideasta, jostakin, joka on olemassa vain mielessämme), koska kaasut koostuvat aineesta, ja aineella on määritelmän mukaan tilavuus avaruudessa. Tämä tarkoittaa, että jos pienennämme jatkuvasti todellisen kaasun tilavuutta, jossain vaiheessa kaasuhiukkaset valtaavat kaiken käytettävissä olevan tilavuuden, emmekä pysty puristamaan sitä enempää. Jotta voisimme puristaa kaasua loputtomiin, sen pitäisi koostua pistehiukkasista, eli hiukkasista, joilla on massa, mutta jotka eivät täytä paikkaa avaruudessa, mikä ei ole totta.
Lisäksi ainoa tapa, jolla kaasu ei tiivisty, kun puristamme sitä ja siirrämme hiukkasia lähemmäksi toisiaan, on, jos hiukkaset eivät ole vuorovaikutuksessa toistensa kanssa millään tavalla. Reaalimaailmassa heikoimmatkin vuorovaikutukset vähenevät etäisyyden myötä, mikä tarkoittaa, että ne lisääntyvät, kun siirrämme hiukkasia lähemmäksi toisiamme. Tämä tarkoittaa, että kun todellista kaasua puristetaan, hiukkaset ovat jossain vaiheessa riittävän lähellä toisiaan, jotta nämä voimat ovat riittävän vahvoja sitomaan kaasuhiukkaset yhteen muodostaen kondensoituneen faasin, eli nesteen tai kiinteän aineen.
Todellisia kaasuja, jotka käyttäytyvät kuin ihanteelliset kaasut
Jos ihanteellisia kaasuja ei ole olemassa, kannattaa kysyä, mihin tämä malli sitten on tarkoitettu? Vastaus on onneksi paljon. Mikään todellinen kaasu ei toimi ihanteellisesti kaikissa kuviteltavissamme paine-, lämpötila- ja tilavuusolosuhteissa. Useimmat todelliset kaasut käyttäytyvät kuitenkin ikään kuin ne olisivat ihanteellisia tietyissä määritellyissä olosuhteissa, joissa ominaisuudet, jotka tekevät niistä todellisia, vaikuttavat niin vähän niiden todelliseen käyttäytymiseen, että ne ovat mitättömiä.
Jotta tämä tapahtuisi, periaatteessa kahden pääedellytyksen on täytyttävä:
- Että kaikkien kaasuhiukkasten viemä tilavuus on mitätön verrattuna liikkumiseen käytettävissä olevaan tilavuuteen (eli ne sisältävän säiliön tilavuuteen). Tämä ehto pyrkii siihen, että hiukkaset ovat mahdollisimman samanlaisia kuin pistehiukkaset.
- Että hiukkasten väliset vuorovaikutukset ovat niin heikkoja ja niin lyhyitä, etteivät ne käytännössä voi vaikuttaa niiden liikkumiseen säiliössä.
Ensimmäinen ehto täyttyy, kun todellisen kaasun paine on alhainen. Näissä olosuhteissa hiukkasia on hyvin vähän, joten käytännöllisesti katsoen koko säiliön tilavuus on käytettävissä hiukkasten vapaaseen liikkumiseen.
Toinen ehto täyttyy korkeissa lämpötiloissa. Muista, että lämpötila on suora mitta aineen muodostavien hiukkasten, mukaan lukien kaasut, keskimääräisestä liikeenergiasta. Mitä korkeampi lämpötila, sitä nopeammin hiukkaset liikkuvat säiliön sisällä, mikä tekee hiukkasten välisten vetovoimien vaikutuksista merkityksettömiä.
Se auttaa myös antamaan toisen ehdon, että hiukkaset, jotka muodostavat kaasun, olivatpa ne yksittäisiä molekyylejä tai atomeja (kuten jalokaasujen tapauksessa), eivät ole polaarisia ja että ainoa mahdollinen vuorovaikutusmuoto hiukkasen ja toisen hiukkasen välillä on Lontoon dispersiovoimat, eli heikoimmat tunnetut molekyylien väliset vuorovaikutukset.
Viitteet
Atkins, P. ja dePaula, J. (2010). Atkins. Physical Chemistry (8. painos ). Panamerican Medical Editorial.
Chang, R. (2002). Fysikaalinen kemia (1. painos ). MCGRAW HILLIN KOULUTUS.
Chang, R. (2021). Kemia (11. painos ). MCGRAW HILLIN KOULUTUS.
Farfan, R. (sf). Ideaalikaasun määritelmä . Scribd. https://es.scribd.com/document/261584369/Definicion-de-Gas-Ideal
Máxima U., J. (2021, 21. lokakuuta). Ihanteellinen kaasu . Ominaisuudet. https://www.caracteristicas.co/gases-ideales/
