متى يسلك الغاز الحقيقي سلوك الغاز المثالي

كلما صغرت جسيمات الغاز كان سلوكها أقرب لسلوك الغاز المثالي

تختلف الغازات الحقيقية عن الغاز المثالي بسبب حجم الجزيئات الصغير الذي تشغله، يستخدم قانون الغاز المثالي لنمذجة سلوك الغازات في الحالة الغازية، حيث يفترض أن الغاز المثالي يتكون من جزيئات بحجم صغير تتفاعل فقط من خلال التصادمات المرنة، بمعنى آخر، يعتبر حجم جزيئات الغاز صغيرا مقارنة بحجم الحاوية الكلية .

تعريف الغاز المثالي

يحدد الغاز المثالي بأنه الغاز الذي يتبع قوانين الغاز في جميع ظروف الضغط ودرجة الحرارة، ويتمتع الغاز المثالي بخصائص مثل السرعة والكتلة، وعدم وجود حجم بالمقارنة مع الحجم الكلي للغاز، إذ لا يشغل الغاز المثالي حجما يذكر، ولا يتكثف ولا يصل إلى نقطة الثلاثي  .

• في الغاز المثالي، تتحرك جزيئات الغاز بحرية في جميع الاتجاهات، ويعتبر الاصطدام بينها مرنًا تمامًا، مما يعني عدم فقدان الطاقة الحركية بسبب الاصطدام، وهذا ما يميز الغاز المثالي عن الغازات الحقيقية .
• على الرغم من عدم وجود غاز مثالي ، إلا أن جميع الغازات الحقيقية تتجه نحو تلك الخاصية عندما تنخفض الكثافة بمقدار كاف ، وذلك لأن جزيئات الغاز بعيدة جدا عن بعضها البعض حتى لا يتفاعلوا ، وبالتالي فإن مفهوم الغاز المثالي يساعدنا في دراسة الغازات الحقيقية ، ويمكن ملاحظة ذلك من خلال تطبيقات قانون الغاز المثالي.

تعريف الغاز الحقيقي

يمكن التمييز بين الغاز الحقيقي والغاز المثالي بسبب عدم تطابق سلوك الغاز الحقيقي مع السلوك المثالي في جميع ظروف الضغط ودرجة الحرارة القياسية. عندما يتم تعريض الغاز الحقيقي لضغوط عالية أو درجات حرارة مختلفة عن درجة الحرارة القياسية، فإن سلوكه ينحرف عن السلوك المثالي. بالإضافة إلى ذلك، يتميز الغاز الحقيقي بسرعة وحجم وكتلة، وعندما يتم تبريده إلى درجة الغليان، فإنه يتحول إلى سائل. وبالمقارنة مع الحجم الكلي للغاز، يشغل الحجم الفعلي للغاز الحقيقي حيزا صغيرا جدا، ويعتبر هذا أحد الفروق الرئيسية بين الغاز الحقيقي والغاز المثالي.

متى يسلك الغاز الحقيقي سلوك الغاز المثالي

• لا يوجد غاز حقيقي يتميز بسلوك مثالي، وعلى الرغم من أن العديد من الغازات الحقيقية تتقرب من هذا السلوك تحت ظروف معينة، فإن الانحرافات عن سلوك الغاز المثالي يمكن رؤيتها عند مقارنة قيمة PV/nRT مع الضغط P عند درجة حرارة محددة للحصول على غاز مثالي، حيث تكون قيمة PV/nRT مساوية للضغط P تحت جميع الظروف .
• عند الضغط العالي، تُظهر معظم الغازات الحقيقية قيم PV / nRT أكبر مما يتوقعه قانون الغاز المثالي، بينما عند الضغط المنخفض ، تظهر معظم الغازات الحقيقية PV / nRT قيم قريبة من تلك التي تنبأ بها قانون الغاز المثالي، تقترب الغازات من السلوك المثالي للغاز في درجات الحرارة العالية والضغوط المنخفضة .
• يمكن استخدام معادلة فان دير فال لوصف الانحرافات عن سلوك الغاز المثالي، وهذه المعادلة تشمل ثوابت تجريبية لتصحيح حجم الجزيئات الغازية الفعلي، وتحديد الانخفاض في الضغط بسبب قوى الجذب بين الجزيئات. إذا انخفضت درجة حرارة الغاز بشكل كاف، فإنه يتحول إلى سائل عند التسييل. تستخدم الغازات المسالة في العديد من التطبيقات التجارية، بما في ذلك نقل كميات كبيرة من الغازات بأحجام صغيرة واستخدامات السوائل شديدة البرودة .

ما هي معادلة الغاز المثالية

• في الديناميكة الحرارية، يعتبر قانون الغاز المثالي تقريبًا جيدًا لسلوك العديد من الغازات تحت ظروف مختلفة، حيث يشتمل على مزيج من القوانين التجريبية مثل قانون شارل وقانون بويل وقانون جاي لوساك وقانون أفوجادرو .
• معادلة الغاز المثالية هي المعادلة التي تحدد حالات الغازات الافتراضية وتعبر عنها رياضيا باستخدام ثوابت تجريبية وفيزيائية مجمعة، وتسمى أيضا معادلة الغاز العامة. يمكن تعريف القانون الغازي المثالي كمعادلة لحالة الغاز الافتراضي المثالي، وهو تقريب جيد لسلوك العديد من الغازات تحت ظروف متعددة، على الرغم من وجود العديد من الاستثناءات.

متى ينحرف الغاز الحقيقي عن السلوك المثالي

جميع الغازات تنحرف عن السلوك المثالي لأن جميعها غازات حقيقية موجودة في الواقع تتعرض لعوامل الطبيعة ، بينما الغاز المثالي غاز افتراضي نظري غير موجود في الواقع والظروف التي يتعرض لها تكون ظروف مثالية ، وكل غاز له خصائص تميزه ، وتختلف التفاعلات التي يظهرها تحت كميات الضغط والحرارة المختلفة ، ووفقا لسلوك الغاز المثالي، لا تأخذ جزيئات الغاز المثالي مساحة، ولا يوجد لها جاذبية جزيئية ، بينما يختلف الغاز الحقيقي تماما عن هذا ، حيث تظهر بعض الغازات الحقيقية سلوكا مثاليا فقط عند ضغط منخفض وحرارة مرتفعة ، أما في الحالات أخرى التي تكون فيها الغازات خاملة تنحرف عن موضعها وقد تتحول بعضها للحالة السائلة .

ما هي الانحرافات المحتملة عن السلوك المثالي

يوجد العديد من الانحرافات المختلفة عن الضغط المثالي في درجات الحرارة والضغط المختلفة، على سبيل المثال

• عندما يرتفع الضغط، يكون الانحراف كبيرًا جدًا ويتناقص حجم الغاز بشكل كبير مقارنةً بحجم الحاوية، وتزداد قوى التجاذب بين الجزيئات .
• تزداد الانحرافات وتختفي جميع علامات مثالية الغاز تحت الضغط المنخفض بشكل أكبر .
• عندما ترتفع درجة الحرارة، يقل انحراف سلوك الغاز عن الغاز المثالي، وتستخدم قوانين الغازات المثالية للتنبؤ بسلوك الغازات دون أخطاء .
• عند انخفاض درجة الحرارة، يزداد انحراف الغاز، وعندما يصل الانحراف إلى أقصى درجة، يتحول الغاز إلى سائل .

اي الغازات تنحرف أكثر عن سلوك الغاز المثالي

وفقًا لقوانين الغاز، فإن الغازات المثالية لا تمتلك حجمًا، ويحتوي الغاز على أكبر عنصر حجمًا، ولذلك يفترض أن الزينون هو الغاز الذي ينحرف أكثر عند وضعه تحت ضغط عال ودرجة حرارة منخفضة .

مثال على ضغط الغاز

• يطلق على درجة حرارة بويل T B، وهي الميل الأولي لخط Z الذي يمثل الماس للغاز الحقيقي عندما ينخفض الضغط إلى الصفر. وعند T B، يتحرك الغاز الحقيقي على طول الخط المثالي ببطء شديد، لكنه يرتفع فوق الخط المثالي قليلا. وبالتالي، يتصرف الغاز الحقيقي بشكل مثالي على نطاق واسع من الضغط عند درجة حرارة بويل للهيدروجين والهيليوم، والتي هي -156 درجة و-249 درجة مئوية على التوالي .
• تنخفض درجة حرارة T B للهيدروجين والهيليوم بمقدار 0 درجة مئوية، مما يجعل قيمة Z أكبر من الوحدة، وتزيد درجة حرارة T B للنيتروجين والهيدروكربونات مثل الميثان والأمونيابمقدار أعلى من 0 درجة مئوية، وبالتالي فإن قيمة Z أقل من الوحدة في منطقة الضغط المنخفض .