הבדל מפתח – חוק הגז האידיאלי לעומת משוואת ואן דר ואלס
חוק הגז האידיאלי הוא חוק יסוד ואילו משוואת ואן דר ואלס היא הגרסה המתוקנת של חוק הגז האידיאלי. ההבדל העיקרי בין חוק הגז האידיאלי למשוואת ואן דר ואלס הוא שמשוואת חוק הגז האידיאלית משמשת עבור גזים אידיאליים בעוד שמשוואת ואן דר וואאל יכולה לשמש גם לגזים אידיאליים וגם לגזים אמיתיים.
גזים הם תרכובות הקיימות בשלב הגז של החומר. על מנת להבין את ההתנהגות והתכונות של גז, משתמשים בחוקי הגז. חוקי גז אלו משמשים לתיאור תכונותיהם של גזים אידיאליים.גז אידיאלי הוא תרכובת גז היפותטית בעלת מאפיינים ייחודיים, כלומר אין כוחות משיכה בין מולקולות גז אידיאליות. עם זאת, גזים אמיתיים שונים מאוד מגזים אידיאליים. אבל כמה גזים אמיתיים מתנהגים כגזים אידיאליים כאשר מסופקים תנאים מתאימים (טמפרטורות גבוהות ולחצים נמוכים). לכן, חוקי הגז משתנים לפני השימוש בהם עם גזים אמיתיים.
מהי משוואת חוק הגז האידיאלי?
משוואת חוק הגז האידיאלית היא חוק יסוד בכימיה. חוק הגז האידיאלי מציין כי מכפלת הלחץ והנפח של גז אידיאלי עומד ביחס ישר למכפלת הטמפרטורה ומספר חלקיקי הגז של הגז האידיאלי. ניתן לתת את משוואת חוק הגז האידיאלית כמפורט להלן.
PV=NkT
כאשר P הוא הלחץ, V הוא הנפח, N הוא מספר חלקיקי הגז, ו-T הוא הטמפרטורה של הגז האידיאלי. "k" הוא קבוע מידתיות המכונה קבוע בולצמן (הערך של קבוע זה הוא 1.38 x 10-23 J/K). עם זאת, הצורה הנפוצה ביותר של משוואה זו היא כדלקמן.
PV=nRT
כאשר P הוא הלחץ, V הוא הנפח, n הוא מספר המולות של הגז ו-T הוא הטמפרטורה של הגז. R ידוע בתור קבוע הגז האוניברסלי (8.314 Jmol-1K-1). ניתן לקבל משוואה זו באופן הבא.
קבוע של בולצמן (k)=R/N
על ידי החלת קשר זה על המשוואה הבסיסית, PV=N x (R/N) x T
PV=RT
עבור מספר "n" של שומות, PV=nRT
מהי משוואת ואן דר ואלס?
משוואת ואן דר ואל היא הגרסה המתוקנת של חוק הגז האידיאלי. ניתן להשתמש במשוואה זו עבור גזים אידיאליים כמו גם עבור גזים אמיתיים. לא ניתן להשתמש בחוק הגז האידיאלי עבור גזים אמיתיים מכיוון שנפח מולקולות הגז גדול בהשוואה לנפח הגז האמיתי, ויש כוחות משיכה בין מולקולות גז אמיתיות (למולקולות הגז האידיאליות יש נפח זניח בהשוואה לנפח הכולל., ואין כוחות משיכה בין מולקולות הגז).ניתן לתת את משוואת ואן דר ואל כדלקמן.
(P + a{n/V}2) ({V/n} – ב)=nRT
כאן, "a" הוא קבוע שתלוי בסוג הגז ו-b הוא גם קבוע שנותן את הנפח לכל מול גז (התפוס על ידי מולקולות הגז). אלה משמשים כתיקונים של משוואת החוק האידיאלית.
איור 01: גזים אמיתיים מתנהגים בצורה שונה מזו של גזים אידאליים
תיקון כרך
נפח של מולקולת גז אמיתית אינו זניח (בניגוד לגזים אידיאליים). לכן, תיקון עוצמת הקול נעשה. (V-b) הוא תיקון עוצמת הקול. זה נותן את הנפח בפועל שזמין למולקולת הגז לנוע (נפח בפועל=נפח כולל - נפח אפקטיבי).
תיקון לחץ
לחץ של גז הוא הלחץ שמפעילה מולקולת גז על דופן המיכל. מכיוון שיש כוחות משיכה בין מולקולות גז אמיתיות, הלחץ שונה מזה של התנהגות אידיאלית. לאחר מכן יש לבצע תיקון לחץ. (P + a{n/V}2) הוא תיקון הלחץ. (לחץ אידיאלי=לחץ נצפה + תיקון לחץ).
מה ההבדל בין חוק הגז האידיאלי למשוואת ואן דר ואלס?
חוק הגז האידיאלי נגד משוואת ואן דר ואלס |
|
| משוואת חוק הגז האידיאלית היא חוק יסוד בכימיה. | משוואת ואן דר ואל היא הגרסה המתוקנת של חוק הגז האידיאלי. |
| משוואה | |
| משוואת חוק הגז האידיאלית היא PV=NkT | משוואת ואן דר ואל היא (P + a{n/V}2) ({V/n} – ב)=nRT |
| טבע | |
| משוואת חוק הגז האידיאלית אינה גרסה שונה. | משוואת ואן דר ואל היא גרסה שונה עם כמה תיקונים ללחץ ולנפח של גז אמיתי. |
| רכיבים | |
| משוואת חוק הגז האידיאלי ניתנת עבור גזים אידיאליים. | משוואת ואן דר ואל יכולה לשמש גם לגזים אידיאליים וגם לגזים אמיתיים. |
סיכום – חוק הגז האידיאלי לעומת משוואת ואן דר ואלס
מצב גזי הוא אחד משלושת השלבים העיקריים של החומר. ניתן לקבוע או לחזות את התנהגותו ותכונותיו של גז באמצעות חוקי גז.חוק הגז האידיאלי הוא חוק יסוד שניתן להשתמש בו עבור גזים אידיאליים. אבל כאשר בוחנים גזים אמיתיים, יש לשנות את משוואת חוק הגז האידיאלית. ההבדל בין חוק הגז האידיאלי למשוואת ואן דר ואלס הוא שמשוואת חוק הגז האידיאלית ניתנת עבור גזים אידיאליים ואילו משוואת ואן דר וואאל יכולה לשמש גם לגזים אידיאליים וגם לגזים אמיתיים.
