גז אידיאלי נגד גז אמיתי
גז הוא אחד המדינות שבהן קיים חומר. יש לו תכונות סותרות ממוצקים ונוזלים. לגזים אין סדר, והם תופסים כל מקום נתון. ההתנהגות שלהם מושפעת מאוד ממשתנים כמו טמפרטורה, לחץ וכו'.
מהו גז אידאלי?
גז אידיאלי הוא מושג תיאורטי, שבו אנו משתמשים למטרות הלימוד שלנו. כדי שגז יהיה אידיאלי, הם צריכים להיות בעלי המאפיינים הבאים. אם אחד מאלה חסר, אז הגז אינו נחשב כגז אידיאלי.
• כוחות בין מולקולריים בין מולקולות גז זניחים.
• מולקולות הגז נחשבות כחלקיקים נקודתיים. לכן, בהשוואה לחלל שבו מולקולות הגז תופסות, נפחי המולקולות אינם משמעותיים.
בדרך כלל מולקולות גזים ממלאות כל חלל נתון. לכן, כאשר חלל גדול תפוס על ידי אוויר, מולקולת הגז עצמה קטנה מאוד בהשוואה לחלל. לכן, הנחה של מולקולות גז כחלקיקים נקודתיים נכונה במידה מסוימת. עם זאת, ישנן כמה מולקולות גז בעלות נפח ניכר. התעלמות מעוצמת הקול נותנת שגיאות במקרים אלה. על פי ההנחה הראשונה, עלינו לשקול שאין אינטראקציה בין מולקולרית בין מולקולות גזים. עם זאת, במציאות, יש לפחות אינטראקציות חלשות בין אלה. אבל, מולקולות גזים נעות במהירות ובאופן אקראי. לכן, אין להם מספיק זמן ליצור אינטראקציות בין מולקולריות עם מולקולות אחרות. לכן, כאשר מסתכלים בזווית זו, זה נכון במידה מסוימת לקבל גם את ההנחה הראשונה. למרות שאנחנו אומרים שגזים אידיאליים הם תיאורטיים, אנחנו לא יכולים לומר שזה נכון ב-100%.ישנם מקרים שבהם גזים פועלים כגזים אידיאליים. גז אידיאלי מאופיין בשלושה משתנים, לחץ, נפח וטמפרטורה. המשוואה הבאה מגדירה גזים אידיאליים.
PV=nRT=NkT
P=לחץ מוחלט
V=volume
n=מספר שומות
N=מספר מולקולות
R=קבוע גז אוניברסלי
T=טמפרטורה מוחלטת
K=קבוע בולצמן
למרות שיש מגבלות, אנו קובעים את התנהגות הגזים באמצעות המשוואה שלמעלה.
מה זה גז אמיתי?
כאשר אחת משתי ההנחות המפורטות לעיל או שתיהן אינה חוקית, גזים ידועים כגזים אמיתיים. אנו למעשה נתקלים בגזים אמיתיים בסביבה הטבעית. גז אמיתי משתנה מהמצב האידיאלי בלחצים גבוהים מאוד. הסיבה לכך היא שכאשר מופעל לחץ גבוה מאוד, הנפח שבו מתמלא הגז הופך קטן מאוד.ואז בהשוואה למרחב לא נוכל להתעלם מגודל המולקולה. בנוסף, גזים אידיאליים מגיעים למצב האמיתי בטמפרטורות נמוכות מאוד. בטמפרטורות נמוכות, האנרגיה הקינטית של מולקולות גז נמוכה מאוד. לכן, הם נעים לאט. בגלל זה, תהיה אינטראקציה בין מולקולרית בין מולקולות גז, שאיננו יכולים להתעלם ממנה. עבור גזים אמיתיים, איננו יכולים להשתמש במשוואת הגזים האידיאלית לעיל מכיוון שהם מתנהגים אחרת. ישנן משוואות מסובכות יותר לחישובים של גזים אמיתיים.
מה ההבדל בין גזים אידאליים לגזים אמיתיים?
• לגזים אידיאליים אין כוחות בין-מולקולריים ומולקולות הגז נחשבות כחלקיקים נקודתיים. לעומת זאת למולקולות גז אמיתיות יש גודל ונפח. בנוסף יש להם כוחות בין-מולקולריים.
• לא ניתן למצוא גזים אידיאליים במציאות. אבל גזים מתנהגים כך בטמפרטורות ולחצים מסוימים.
• גזים נוטים להתנהג כגזים אמיתיים בלחצים גבוהים ובטמפרטורות נמוכות. גזים אמיתיים מתנהגים כגזים אידיאליים בלחצים נמוכים וטמפרטורות גבוהות.
• גזים אידיאליים יכולים להיות קשורים למשוואת PV=nRT=NkT, בעוד גזים אמיתיים לא יכולים. לקביעת גזים אמיתיים, יש משוואות הרבה יותר מסובכות.
