Ideal Gas vs Real Gas
Kaasu on yksi niistä tiloista, joissa aine on olemassa. Sillä on ristiriitaisia ominaisuuksia kiinteiden ja nesteiden suhteen. Kaasuilla ei ole järjestystä, ja ne vievät minkä tahansa tilan. Niiden käyttäytymiseen vaikuttavat suuresti muuttujat, kuten lämpötila, paine jne.
Mikä on ihanteellinen kaasu?
Ideaalikaasu on teoreettinen käsite, jota käytämme opiskelutarkoituksiin. Jotta kaasu olisi ihanteellinen, niillä tulee olla seuraavat ominaisuudet. Jos jokin näistä puuttuu, kaasua ei pidetä ihanteellisena kaasuna.
• Kaasumolekyylien väliset molekyylien väliset voimat ovat merkityksettömiä.
• Kaasumolekyylejä pidetään pistehiukkasina. Siksi molekyylien tilavuudet ovat merkityksettömiä verrattuna tilaan, jossa kaasumolekyylit ovat.
Normaalisti kaasumaiset molekyylit täyttävät minkä tahansa tilan. Siksi, kun suuri tila on ilmalla, itse kaasumolekyyli on hyvin pieni tilaan verrattuna. Siksi kaasumolekyylien olettaminen pistehiukkasiksi on jossain määrin oikein. On kuitenkin joitakin kaasumolekyylejä, joiden tilavuus on huomattava. Äänenvoimakkuuden huomioimatta jättäminen aiheuttaa virheitä näissä tapauksissa. Ensimmäisen oletuksen mukaan meidän on otettava huomioon, että kaasumaisten molekyylien välillä ei ole molekyylien välistä vuorovaikutusta. Todellisuudessa näiden välillä on kuitenkin ainakin heikkoja vuorovaikutuksia. Mutta kaasumaiset molekyylit liikkuvat nopeasti ja satunnaisesti. Siksi heillä ei ole tarpeeksi aikaa tehdä molekyylien välisiä vuorovaikutuksia muiden molekyylien kanssa. Tästä näkökulmasta katsottuna on siis jonkin verran pätevää hyväksyä myös ensimmäinen oletus. Vaikka sanomme ihanteelliset kaasut ovat teoreettisia, emme voi sanoa, että se on 100 % totta. Joissakin tapauksissa kaasut toimivat ihanteellisina kaasuina. Ihanteelliselle kaasulle on tunnusomaista kolme muuttujaa, paine, tilavuus ja lämpötila. Seuraava yhtälö määrittelee ihanteelliset kaasut.
PV=nRT=NkT
P=absoluuttinen paine
V=äänenvoimakkuus
n=moolien määrä
N=molekyylien määrä
R=yleinen kaasuvakio
T=absoluuttinen lämpötila
K=Boltzmannin vakio
Vaikka on olemassa rajoituksia, määritämme kaasujen käyttäytymisen käyttämällä yllä olevaa yhtälöä.
Mikä on oikea kaasu?
Kun jompikumpi kahdesta tai molemmista yllä annetuista oletuksista on virheellinen, kaasut tunnetaan todellisina kaasuina. Itse asiassa kohtaamme todellisia kaasuja luonnossa. Todellinen kaasu poikkeaa ihanteellisesta tilasta erittäin korkeissa paineissa. Tämä johtuu siitä, että kun käytetään erittäin suurta painetta, tilavuus, johon kaasu täytetään, pienenee hyvin. Sitten verrattuna avaruuteen emme voi sivuuttaa molekyylin kokoa. Lisäksi ihanteelliset kaasut tulevat todelliseen tilaan hyvin alhaisissa lämpötiloissa. Matalissa lämpötiloissa kaasumaisten molekyylien kineettinen energia on hyvin alhainen. Siksi ne liikkuvat hitaasti. Tämän vuoksi kaasumolekyylien välillä on molekyylien välistä vuorovaikutusta, jota emme voi sivuuttaa. Todellisille kaasuille emme voi käyttää yllä olevaa ideaalikaasuyhtälöä, koska ne käyttäytyvät eri tavalla. On olemassa monimutkaisempia yhtälöitä todellisten kaasujen laskemiseen.
Mitä eroa on ideaalilla ja todellisella kaasulla?
• Ihanteellisilla kaasuilla ei ole molekyylien välisiä voimia ja kaasumolekyylejä pidetään pistehiukkasina. Sitä vastoin todellisilla kaasumolekyylillä on koko ja tilavuus. Lisäksi niillä on molekyylien välisiä voimia.
• Ihanteellisia kaasuja ei todellisuudessa löydy. Mutta kaasut käyttäytyvät tällä tavalla tietyissä lämpötiloissa ja paineissa.
• Kaasuilla on taipumus käyttäytyä todellisina kaasuina korkeissa paineissa ja matalissa lämpötiloissa. Todelliset kaasut käyttäytyvät ihanteellisina kaasuina matalissa paineissa ja korkeissa lämpötiloissa.
• Ihanteelliset kaasut voidaan yhdistää PV=nRT=NkT-yhtälöön, kun taas todelliset kaasut eivät. Todellisten kaasujen määrittämiseen on paljon monimutkaisempia yhtälöitä.
