Անշարժ գազեր. Գաղափարախոսությունից շեղում

Քիմիկոսների եւ ֆիզիկոսների միջեւ «իրական գազերի» տերմինը սովորաբար կոչվում է այնպիսի գազերի, որոնց հատկությունները ուղղակիորեն կախված են իրենց միջմոլորակային փոխազդեցությունից: Թեեւ ցանկացած մասնագիտացված տեղեկատու գրքում կարելի է կարդալ, որ այդ նյութերի մեկ մոլը նորմալ պայմաններում եւ կայուն վիճակում գրավում է մոտ 22.41108 լիտր: Նման հայտարարությունն ուժի մեջ է միայն այսպես կոչված «իդեալական» գազերի համար, որոնց համար, Clapeyron- ի հավասարման համաձայն, մոլեկուլների փոխադարձ ներգրավման եւ հրահրման ուժերը չեն գործում, եւ վերջինիս կողմից զբաղեցված ծավալը աննշանորեն փոքր է:

Իհարկե, այդպիսի նյութերը բնության մեջ գոյություն չունեն, ուստի այդ բոլոր փաստարկներն ու հաշվարկները ունեն զուտ տեսական կողմնորոշում: Սակայն իրական գազեր, որոնք որոշ չափով շեղվում են իդեալական օրենքներից, շատ են հայտնաբերվել: Նման նյութերի մոլեկուլների միջեւ կա միշտ փոխադարձ ներգրավման ուժեր, որոնցից հետեւում է, որ դրանց ծավալը որոշակիորեն տարբերվում է ստացված կատարյալ մոդելից: Եվ բոլոր իրական գազեր ունեն տարբեր աստիճանի շեղում իդեալականությունից:

Բայց այստեղ մենք կարող ենք տեսնել շատ հստակ միտում. Նյութի եռման կետը մոտավորապես դառնում է զրոյական աստիճանի Ցելսիուս, այնքան ավելի ուժեղ կլինի այս կապը իդեալական մոդելից: Հոլանդացի ֆիզիկոս Յոհաննես Դեյքերների վան դեր Վաալին պատկանող իրական գազի հավասարումը, նրա կողմից 1873 թվականին ստացվեց: Այս բանաձեւով, ունենալով ձեւ (p + n ² a / V ² ) (V - nb) = nRT, երկու կարեւոր փոփոխություններ են կիրառվում Clapeyron- ի հավասարման համեմատ (pV = nRT), փորձարկվելով: Նրանցից առաջինը հաշվի է առնում մոլեկուլային փոխազդեցության ուժերը, որոնք ազդում են ոչ միայն գազի տեսակից, այլեւ նրա ծավալով, խտությամբ եւ ճնշմամբ: Երկրորդ ուղղումը որոշում է նյութի մոլեկուլային զանգվածը :

Ամենակարեւոր դերը, այդ ճշգրտումները ձեռք են բերում բարձր գազի ճնշումներում: Օրինակ, ազոտի համար 80 ատոմի չափով: Հաշվարկները տարբերվում են իդեալականությունից մոտ հինգ տոկոսով, իսկ ճնշման աճը `չորս հարյուր մթնոլորտ, տարբերությունը կկազմի հարյուր տոկոս: Հետեւաբար, իդեալական գազի մոդելի օրենքները շատ մոտ են: Նրանցից շեղումը երկուսն էլ քանակական եւ որակական է: Առաջինը դրսեւորվում է նրանով, որ Clapeyron- ի հավասարումը բավարարված է բոլոր իրական գազային նյութերի համար: Որակյալ բնության նահանջները շատ ավելի խորն են:

Իրական գազերը կարող են ամբողջությամբ փոխակերպվել ինչպես հեղուկի, այնպես էլ ամուր համախառն վիճակի, ինչը անհնար կլինի, եթե նրանք խստորեն հետեւեն Clapeyron հավասարմանը: Նման նյութերի վրա գործող միջմոլորակային ուժերը բերում են տարբեր քիմիական միացությունների ձեւավորմանը: Սա կրկին հնարավոր չէ տեսական իդեալական գազային համակարգում: Այդպիսով ձեւավորված պարտատոմսերը կոչվում են քիմիական պարտքեր կամ արժենային պարտատոմսեր: Այն դեպքում, երբ իրական գազը իոնացվում է, Coulomb ներգրավման ուժերը սկսում են դրսեւորել դրանում, որը որոշում է, օրինակ, պլազմայի, որը քվազի-չեզոք ionized նյութ է: Սա հատկապես ճիշտ է այն բանի, որ այսօր պլազմայի ֆիզիկան խոշոր, արագ զարգացող գիտական կարգապահություն է, որն ունի չափազանց լայն կիրառություն աստղաֆիզիկայի, ռադիոալիքային ազդանշանների տարածման տեսությունը, վերահսկվող միջուկային եւ ջերմային միջուկային ռեակցիաների խնդիրներում:

Իրական գազերի քիմիական պարտատոմսերը իրենց բնույթով գրեթե չեն տարբերվում մոլեկուլային ուժերից: Երկուսն էլ, մեծ եւ մեծ, վերածվում են տարրական մեղադրանքների էլեկտրական փոխազդեցությանը, որոնցից կառուցվում է նյութի ամբողջ ատոմային եւ մոլեկուլային կառուցվածքը: Այնուամենայնիվ, մոլեկուլային եւ քիմիական ուժերի լիարժեք ըմբռնումը հնարավոր է միայն քվանտային մեխանիկայի գալուստով :

Հարկավոր է ընդունել, որ ոչ թե նյութի յուրաքանչյուր վիճակ, որը համատեղելի է հոլանդացի ֆիզիկոսի հավասարման հետ, կարող է գործնականորեն իրականացնել: Դրա համար անհրաժեշտ է նաեւ տերմոդինամիկ կայունության գործոն: Նյութի նման կայունության համար կարեւոր պայմաններից մեկն այն է, որ էզոթերմային ճնշման հավասարումը պետք է խստորեն պահպանվի ընդհանուր մարմնի ծավալը նվազեցնելու միտում: Այլ խոսքով, քանի որ V- ի արժեքը մեծանում է, իսկական գազի բոլոր իսթերտները պետք է ուղղակիորեն իջնեն: Միեւնույն ժամանակ, Վան դեր Վաալսի ցածր ջերմաստիճանի ցածր ջերմաստիճանների վրա, նկատվում են աճող տարածքներ: Նման գոտիներում տեղավորված կետերը համապատասխանում են այն նյութի անկայուն վիճակի, որը գործնականում չի կարող իրականացվել: