23. Реальные газы. Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы реального газа. Критическое состояние. (Внутренняя энергия реального газа.)
Реальный газ не описывается в
точности уравнением Клапейрона —
Менделеева. С позиции молекулярной
теории строения вещества реальный газ
– это газ, свойства которого зависят
от взаимодействия и размеров молекул.
Состояние реального газа часто на
практике описывается обобщённым
уравнением Клапейрона — Менделеева:
,
где
– коэффициент сжимаемости газа.
Внутренняя энергия газа [
]
– сумма кинетических энергий хаотического
(теплового) движения всех молекул газа
и энергий взаимодействия между молекулами
газа. При рассмотрении реальных газов
надо учитывать силы межмолекулярного
взаимодействия, которые проявляются
при
м.
На расстоянии
силы притяжения и отталкивания равны.
соответствует равновесному расстоянию
между молекулами на которых бы они
находились в отсутствии теплового
движения. При
преобладают силы отталкивания, при
преобладают силы притяжения. В состоянии
устойчивого равновесия (
)
система из двух взаимодействующих
молекул обладает минимальной потенциальной
энергией (
).
Критерии различных агрегатных состояний
вещества:
– газообразное,
– жидкое,
– твёрдое.
Уравнение Ван-дер-Ваальса – уравнение, связывающее основные термодинамические величины в модели газа Ван-дер-Ваальса.
С начала рассмотрим идеальный газ,
который удовлетворяет уравнению
.
Предположим, что частицы данного газа
являются упругими сферами одинакового
радиуса
.
Из объёма следует вычесть некую его
часть
,
которая зависит только от вещества, из
которого состоит газ. Таким образом,
получается следующее уравнение:
.
Далее Ван-дер-Ваальс рассматривает силы
притяжения между частицами газа и делает
следующие допущения:
Частицы распределены равномерно по всему объёму.
Силы притяжения стенок сосуда не учитываются, что в общем случае неверно.
Внутри сосуда действующие силы притяжения других частиц компенсируют друг друга.
Частицы, находящиеся непосредственно
у края сосуда, притягиваются внутрь
силой, пропорциональной концентрации:
.
Число частиц, находящихся непосредственно
у стенок, тоже предполагается
пропорциональным концентрации
.
Можно считать, что давление на стенки
сосуда меньше на некоторую величину,
обратно пропорциональную квадрату
объёма:
Изотерма реального газа – зависимость молярного объема газа от давления при постоянной температуре.
Критическая точка фазового равновесия – точка на диаграмме состояния веществ, соответствующая критическому состоянию, то есть конечная точка кривой сосуществования фаз, в котором две (или более) фазы, находящиеся в термодинамическом равновесии, становятся тождественными по своим свойствам. В частности, с приближением к критическому состоянию различия в плотности, составе и других свойствах сосуществующих фаз, а также теплота фазового перехода и межфазное поверхностное натяжение уменьшаются, а в критической точке равны нулю
https://ru.wikipedia.org/wiki/Реальный_газ
Потенциальная энергия межмолекулярных
сил взаимодействия вычисляется как
работа, которую совершают эти силы при
разведении молекул на бесконечность:
.
Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса
равна
,
где
– молярная теплоёмкость при постоянном
объёме.