Реал газдар. Молекулалардың эффективті диаметрі. Молекула аралық өзара әсер күштері. Ван-дер-Ваальс тендеуі. Ван-дер-Ваальс изотермалары.

Нақты газдар, сұйықтар және қатты денелер.

Нақты газдарды қарастырғанда молекуланың өзіндік көлемін және молекула аралық өзара әсерлесу күшін ескеру керек.

Молекулалардың өзара әсерлесу күші – қысқа әсерлі олар м аз арақашықтықта пайда бола бастайды. Молекулалардың өзара әсер күші дегеніміз бұл тартылу күшінің қорытқы күші (олар үлкен арақашықтықта әсерлеседі) және тебілу күші (олар аз қашықтықта әсерлеседі) қашықтықта бұл күштер бір-бірін теңестіреді және . Сонымен - бұл молекулалар жылулық қозғалыста болмайтын, молекулалар арасыдағы тепе-теңдік арақашықтық .

Тұрақты тепе-теңдік күйде, болғанда, молекулалардың өзара әсерлесуінің потенциалдық энергиясы минималь болады.

мен арасындағы қатынас әртүрлі агрегаттық күйдің критерииі болып саналады.

тепе-теңдікте тұрған ( ) молекулаларды ажырату үшін тартылу күшіне қарсы істелінетін жұмысты анықтайды.

молекуланың жылулық қозғалысының бір еркіндік дәрежесіне келетін екі еселенген орташа энергиясын анықтайды.

болған кезде зат газ тәрізді күйінде болады, сонымен молекуланың жылулық қозғалысы молекуланың байланысуына қарсы әсер етеді (конденсация).

зат қатты күйде болады, сонымен жылулық энергия молекуланы бір бірінен “жұлуға” жеткіліксіз.

зат сұйық күйде болады, сонымен молекуланың жылулық қозғалысының нәтижесінде молекулалар кеңістікте араласады, орындарымен алмасады, бірақ арақашықтықтан ары кетпейді.

Ван-дер-Ваальс теңдеуі.

Идеал газдың күй теңдеуіне молекулалардың өзіндік көлемін және молекулалардың өзара әсерлесуін ескеретін түзету енгіземіз.

Н ақты газдың шын көлемі , мұндағы - молекулалардың өзінің алатын көлемі. Радиусы екі молекула арақашықтықтан аз қашықтыққа жақындай алмайды, сонымен екі молекуланың центрі үшін радиусы сфералық көлем болмайды. Бұл көлемі бір молекуланың көлемінен 8 есе үлкен, бір молекулаға есептегенде төрт еселенген молекула көлеміне тең.

Молекулалардың өзара тартылу күшін ескеру газға қосымша қысымын енгізумен жүреді, ол ішкі қысым деп аталады.

, мұндағы - Ван-дер-Ваальс тұрақтысы.

Газдың молі үшін Ван-дер-Ваальстің теңдеуі- нақты газ күйінің теңдеуі:

Газдың кез келген массасы үшін:

, мұндағы , .

Нақты газдардың изотермалары.

Н ақты газдың изотермасы тұрақты температурада газдың молярлық көлемі нің қысымға тәуелділігін көрсетеді.

Жоғары температурада нақты газдың изотермасы, идеал газ изотермасынан тек формасының кейбір бұрмалауымен өзгешеленеді.

Кейбір температурада – критикалық температурада, изотермада иілу нүктесі К пайда болады, ол критикалық нүкте деп аталады. Осы нүктеге сәйкес көлем және қысым критикалық деп аталады. кезіндегі изотерма критикалық изотерма деп аталады.

кезінде Ван-дер-Ваальс теңдеуіне қисықтық сәйкес келеді. Бірақта 5-3 бөлікте затты сығу қысымының азаюымен жүреді. Сонымен бұл аймақта зат екі фазаға сұйық және буға бөлінеді.

Фаза дегеніміз химиялық құрамы бірдей және бірдей термодинамикалық күйде орналасқан жүйенің барлық бөлігінің жиыны.

Нақты газдың ізделіп отырған критикалық күйге дейінгі изотермасы 1-2-6-7 түрінде болады да, ол заттың газ күйінен (Г) (6-7 бөлік) сұйық күйге (С) (2-1 бөлігі) үздіксіз өтуінің қисығы болып табылады.

Заттың критикалық күйден төмен температурадағы газ тәрізді күйі бу деп аталады (Б), өзінің сұйық күйімен тепе-теңдікте тұратын бу қаныққан (С+Б) деп аталады.

Изотермалық сығылу кезінде буда сұйылу процесі жүреді.

температурада газ қысым қандай болсада сұйыққа айналмайды.

Кей жағдайда метастабилдік күй 5-6 және 2-3 болуы мүмкін. 2-3 бөлік тым қыздырылған сұйықты, ал 5-6 асқын буды бейнелейді.

Нақты газдың ішкі энергиясы.

Нақты газдың ішкі энергиясы молекулалардың жылулық қозғалысының кинетикалық энергиясы мен молекулалардың өзара әсерлесуінің потенциалдық энергияның қосындысынан тұрады.

Егер газ сыртқы ортамен жылу алмаспай ұлғайса(адиабаталық яғни ) және жұмыс жасалмаса (газдың вакуумға ұлғаюы деп аталады, яғни ), термодинамикалық бірінші бастамасынан , шығатыны : .

Газдың сырттай жұмыс жасамай, адиабаталық ұлғаю кезінде ішкі энергиясы өзгермейді.

Идеал газ үшін бұл T₁₌T₂ екендігін көрсетеді ( температура өзгермейді)

Нақты газ үшін , сондықтан .

Нақты газ вакуумде адиабаталық ұлғаю кезінде суыйды.