Avainero – Ihanteellinen kaasulaki vs. Van der Waalsin yhtälö
Ihanteellinen kaasulaki on peruslaki, kun taas Van der Waalsin yhtälö on ideaalikaasulain muunneltu versio. Keskeinen ero ihanteellisen kaasun lain ja van der Waalsin yhtälön välillä on se, että ideaalikaasun lain yhtälöä käytetään ihanteellisille kaasuille, kun taas Van der Waalin yhtälöä voidaan käyttää sekä ideaalikaasuille että todellisille kaasuille.
Kaasut ovat yhdisteitä, jotka ovat aineen kaasufaasissa. Kaasun käyttäytymisen ja ominaisuuksien ymmärtämiseksi käytetään kaasulakeja. Näitä kaasulakeja käytetään kuvaamaan ihanteellisten kaasujen ominaisuuksia. Ideaalikaasu on hypoteettinen kaasumainen yhdiste, jolla on ainutlaatuiset ominaisuudet, eli ideaalikaasumolekyylien välillä ei ole vetovoimaa. Todelliset kaasut ovat kuitenkin hyvin erilaisia ideaalikaasuista. Mutta jotkin todelliset kaasut käyttäytyvät ihanteellisina kaasuina, kun asianmukaiset olosuhteet (korkeat lämpötilat ja alhaiset paineet) tarjotaan. Siksi kaasulakeja muutetaan ennen niiden käyttöä oikeiden kaasujen kanssa.
Mikä on ihanteellisen kaasun lain yhtälö?
Ideaalikaasun lain yhtälö on kemian peruslaki. Ideaalikaasulaki osoittaa, että ideaalikaasun paineen ja tilavuuden tulo on suoraan verrannollinen ideaalisen kaasun lämpötilan ja kaasuhiukkasten lukumäärän tuloon. Ihanteellinen kaasulakiyhtälö voidaan antaa seuraavasti.
PV=NkT
Missä P on paine, V on tilavuus, N on kaasuhiukkasten lukumäärä ja T on ihanteellisen kaasun lämpötila. "k" on suhteellisuusvakio, joka tunnetaan Boltzmannin vakiona (tämän vakion arvo on 1.38 x 10-23 J/K). Tämän yhtälön yleisin muoto on kuitenkin seuraava.
PV=nRT
Missä P on paine, V on tilavuus, n on kaasun moolien määrä ja T on kaasun lämpötila. R tunnetaan yleisenä kaasuvakiona (8,314 Jmol-1K-1). Tämä yhtälö voidaan saada seuraavasti.
Boltzmannin vakio (k)=R/N
Soveltamalla tätä suhdetta perusyhtälöön
PV=N x (R/N) x T
PV=RT
N-määrälle moolia, PV=nRT
Mikä on Van der Waalsin yhtälö?
Van der Waalin yhtälö on ideaalikaasulain muunneltu versio. Tätä yhtälöä voidaan käyttää ihanteellisille kaasuille sekä todellisille kaasuille. Ideaalikaasulakia ei voida käyttää todellisille kaasuille, koska kaasumolekyylien tilavuus on huomattava verrattuna todellisen kaasun tilavuuteen ja todellisten kaasumolekyylien välillä on vetovoimat (ideaalikaasumolekyylien tilavuus on mitätön verrattuna kokonaistilavuuteen ja kaasumolekyylien välillä ei ole vetovoimaa). Van der Waal -yhtälö voidaan antaa seuraavasti.
(P + a{n/V}2) ({V/n} – b)=nRT
Tässä "a" on vakio, joka riippuu kaasun tyypistä, ja b on myös vakio, joka antaa tilavuuden kaasumoolia kohden (kaasumolekyylien miehittämä). Näitä käytetään ihanteellisen lakiyhtälön korjauksina.
Kuva 01: Oikeat kaasut käyttäytyvät eri tavalla kuin ideaaliset kaasut
Äänenvoimakkuuden korjaus
Todellisen kaasumolekyylin tilavuus ei ole vähäpätöinen (toisin kuin ihanteellisissa kaasuissa). Siksi äänenvoimakkuuden korjaus tehdään. (V-b) on äänenvoimakkuuden korjaus. Tämä antaa todellisen tilavuuden, joka on käytettävissä kaasumolekyylin liikkumiseen (todellinen tilavuus=kokonaistilavuus – tehollinen tilavuus).
Paineenkorjaus
Kaasun paine on kaasumolekyylin säiliön seinämään kohdistama paine. Koska todellisten kaasumolekyylien välillä on vetovoimaa, paine on erilainen kuin ihanteellisen käyttäytymisen paine. Sitten on tehtävä paineen korjaus. (P + a{n/V}2) on paineen korjaus. (Ihanteellinen paine=havaittu paine + paineen korjaus).
Mitä eroa on ihanteellisen kaasulain ja Van der Waalsin yhtälön välillä?
Ideaalikaasulaki vs. Van der Waalsin yhtälö |
|
| Ideaalikaasulakiyhtälö on kemian peruslaki. | Van der Waalin yhtälö on ideaalikaasulain muunneltu versio. |
| Yhtälö | |
| Ihanteellinen kaasulakiyhtälö on PV=NkT | Van der Waalin yhtälö on (P + a{n/V}2) ({V/n} – b)=nRT |
| Luonto | |
| Ideaalikaasulain yhtälö ei ole muunneltu versio. | Van der Waal -yhtälö on muunneltu versio, jossa on joitain korjauksia todellisen kaasun paineeseen ja tilavuuteen. |
| Komponentit | |
| Ideaalikaasun lain yhtälö on annettu ihanteellisille kaasuille. | Van der Waalin yhtälöä voidaan käyttää sekä ideaalisille että todellisille kaasuille. |
Yhteenveto – Ihanteellinen kaasulaki vs. Van der Waalsin yhtälö
Kaasumainen tila on yksi aineen kolmesta päävaiheesta. Kaasun käyttäytyminen ja ominaisuudet voidaan määrittää tai ennustaa kaasulakien avulla. Ideaalikaasulaki on peruslaki, jota voidaan käyttää ihanteellisten kaasujen kohdalla. Mutta kun tarkastellaan todellisia kaasuja, ideaalikaasulain yhtälöä tulisi muuttaa. Ero ihanteellisen kaasun lain ja van der Waalsin yhtälön välillä on se, että ideaalikaasun lain yhtälö on annettu ihanteellisille kaasuille, kun taas Van der Waalin yhtälöä voidaan käyttää sekä ideaalikaasuille että todellisille kaasuille.
