Реал газ. Ван-дер-Ваальс теңдеуі

Реал газ - қасиеттері молекулалардың өзара әсерлесуіне тәуелді (идеал газдан айырмашылығы) газ; молекулаларының арасындағы өзара әсерлесулер маңызды роль атқаратын газдар.[1]

Қарапайым жағдайда молекулааралық өзара әсердің орташа потенц. энергиясы молекуланың орташа кинетик. энергиясынан көп кіші болса, онда Реал газ бен идеал газдың бір-бірінен айырмашылығы өте аз болады. Газдардың бұл қасиеттеріндегі айырмашылық жоғары қысым мен төмен температураларда байқалады.

ВАН-ДЕР-ВААЛЬС ТЕҢДЕУІ — нақты (реал) газдардың күйін сипаттайтын алғашқы теңдеулердің бірі. 1873 ж. голланд физигі Я.Д. Ван-дер-Ваальс ұсынған. Темп-расы және қысымы p болатын көлемі V газдың молі үшін В.-д.-В. т. мына түрде жазылады: (p + a/V2)(V—b)= =RT, мұндағы R — әмбебап газ тұрақтысы, а және b — нақты газ қасиеттерінің идеал газ қасиеттерінен ауытқуын көрсететін тәжірибелік тұрақтылар. Ал a/V2 — молекулааралық өзара әсердің нәтижесінде пайда болатын молекулалар арасындағы тартылысты ескеретін мүше (өлшемділігі — қысым), b — молекулалардың бір-біріне жақын келген кездегі тебілісін ескере отырып, олардың (молекулалардың) меншікті көлеміне ендірілетін түзету. Көлем (V) үлкен болған жағдайда (сондай-ақ, сиретілген газдар үшін де) a және b тұрақтыларын ескермеуге болады да В.-д.-В. т. идеал газ күйінің теңдеуіне ауысады; қ. Клапейрон теңдеуі.

Жоғары қысымдар кезіндегІ газдардың касиеттерін және сұйық-газ фаза-лық өтуіи Мендлеев-Клапейрон теңдеуі сипаттай алмайды, бүл тендеу тек томенгі қысымдар кезіндегі газдар үшін ғана орындалады екен. Бірақ бүл тең-деуді нақты газдардың кезкелген қысымдар кездегі смпатгарын ғана емес, со-нымен катар жеткілікті дәлдікпен сүйықтардың касметтерін жөне газ күйінен сүйық күйге фазалық өтуді де сііпатгай алатын түрде түзетуге болады.

Бүл үшін газ молекулалары дегеніміз ешқандай мөлшерлері жоқ материалдық нүктелер деген көзқарастардан және молекулалар арасында ешқандай өзара әрекеттесу жок деген тоқтамнан бас тарту керек. Егер шындығында да молекулалар аралық күштер бар деп және молекулалардың белгілі мөлшер-лері болады деп алатын болсак және Мендлеев-Клапейрон тендеуіне қажетгі түзетулерді енгізетін болсақ, онда тәжірибе нәтижелерімен жақсырақ үйлесімді болатын нақты газдардың жаңа күй теңдеуін алуға болады деп үміттенуге болады.

Молекулалардың молшерлері де, молекулалар арарсындағы өзараәрекет-тесу күштері де ескерілген жаңартылған күй теңдеуін 1873 жылы Ван-дер-Ваальс үсынды және ол қазір оның есімімен аталады.

Айта кететін нәрсе, қарастырғалы отырған нақты газдардың күй теңдеуі де жуықталған тендеу, себебі молекулалардың арасындағы озара өрекеттесу күштерін дәл есептеу әлі де мүмкін болмай отыр.

Идеал газдың бір молі үшін жазылған

үй теңдеуінде V деп газ түрған ыдыстың колемін түсшеміз. Екінші жағынан онда қозғалып жүрген газ молекулаларынын, кезкелгенінің кезкелген жерде бола алатын көлемі, себебі идеал газдьтң материалдық нүкте-молекулалары үшін ыдыстың кезкелген жері бос, әр молекула үшін ыдыста одан басқа мо-лекула жоқ тәрізді. Шындығында газда ыдыстың барлық көлемі молекулалар үшін бос емсс, себебі әр молекула белгілі келем алып түр және ыдыстың бүл болігінде басқа молекулалар бола алмайды.

Бүл жағдайды ескеру үшін ыдыстың көлемінен молекулалар қозғала ал-майтын, олардың оздері алып түрған колемін алып тастау керек. Оны Ь деп белгілейік. Сонда (3.1) тендеу мына түрде жазылады:

мүндағы Ь түзету газдың қысымды шексіз артгырған кезде (газ молекулала-рын әбден тығыздаған кезде) алатын шектік көлемі. Шындығында да (4.3) теңдеуді

түрінде жазып, р - «> кезінде колемнің V = Ь болатындығын көреміз. Ь мөні үшінесегтгеулермынаныбереді: Ъ = {\6ІЪ)жг2М0, мүңдағы Л^-Авогадросаны.

Ъ түзетуді енгізу аркылы ескерілген молекулалардың меншікті көлемімен катар тағы да молекулалар арасындағы тартылыс күштері де бар. Бүл күштердің өсерінен газ молеі^лаларының кезкелген ауданшаға, мысалға, ьщысіыңкабырғасынатүсірегін кысымы кезкелген бірдей жағдайларда идеал газға карағаңда азырақ болад