• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Równanie van der Waalsa

    Przeczytaj także...
    Gaz – stan skupienia materii, w którym ciało fizyczne łatwo zmienia kształt i zajmuje całą dostępną mu przestrzeń. Właściwości te wynikają z własności cząsteczek, które w fazie gazowej mają pełną swobodę ruchu. Wszystkie one cały czas przemieszczają się w przestrzeni zajmowanej przez gaz i nigdy nie zatrzymują się w jednym miejscu. Między cząsteczkami nie występują żadne oddziaływania dalekozasięgowe, a jeśli, to bardzo słabe. Jedyny sposób, w jaki cząsteczki na siebie oddziałują, to zderzenia. Oprócz tego, jeśli gaz jest zamknięty w naczyniu, to jego cząsteczki stale zderzają się ze ściankami tego naczynia, wywierając na nie określone i stałe ciśnienie.Gaz doskonały – zwany gazem idealnym jest to abstrakcyjny, matematyczny model gazu, spełniający następujące warunki:
    Funkcja stanu – w termodynamice funkcja zależna wyłącznie od stanu układu, czyli od aktualnych wartości jego parametrów, takich jak masa, liczność materii, temperatura, ciśnienie, objętość i inne.
    Rodzina izoterm równania van der Waalsa
    Rodzina izoterm van der Waalsa na wykresie p-v-T

    Równanie van der Waalsarównanie stanu gazu wiążące parametry stanu gazu (ciśnienie p, objętość V i temperaturę T).

    Wyprowadzone przez van der Waalsa w roku 1873 jako rozszerzenie równania stanu gazu idealnego (równanie Clapeyrona), van der Waals wprowadził poprawkę uwzględniającą objętość cząsteczek gazu (b) oraz oddziaływanie wzajemne cząsteczek gazu (a/V²).

    Najczęściej podawane jest dla objętości molowej gazu (dla 1 mola gazu, V = Vm)

    Stała gazowa (uniwersalna stała gazowa) (oznaczana jako R) – stała fizyczna równa pracy wykonanej przez 1 mol gazu doskonałego podgrzewanego o 1 kelwin (stopień Celsjusza) podczas przemiany izobarycznej.Chemia fizyczna, fizykochemia – jeden z głównych działów chemii zajmujący się poznaniem zjawisk fizycznych występujących w trakcie i na skutek przemian (reakcji) chemicznych. Chemia fizyczna zajmuje się także własnościami fizycznymi związków chemicznych wynikającymi bezpośrednio z ich struktury chemicznej. Ze względu na najwyższy spośród głównych działów chemii stopień użycia metod matematycznych jest też działem najbliższym fizyce. Zob. też fizyka chemiczna.

    Gdzie:

    Punkt krytyczny to warunki krytyczne definiujące stan układu fizycznego oddzielające stany o odmiennych właściwościach (ciecz - para nasycona), w którym nie można rozróżnić obu stanów (cieczy i pary nasyconej). Na przykład:Równanie stanu jest związkiem między parametrami (funkcjami stanu) układu termodynamicznego, takimi jak ciśnienie P {displaystyle P} , gęstość masy ρ {displaystyle ho } (w przypadku relatywistycznym gęstość masy-energii i gęstość numeryczna cząstek), temperatura T {displaystyle T} , entropia s {displaystyle s} , energia wewnętrzna u {displaystyle u} , który można zapisać w postaci następującego równania:
  • a - stała charakterystyczna dla danego gazu, uwzględniająca oddziaływanie między cząsteczkami gazu (cząsteczki gazu przyciągają się, w wyniku czego rzeczywiste ciśnienie gazu na ścianki naczynia jest mniejsze niż w przypadku, gdyby tego oddziaływania nie było),
  • b - stała charakterystyczna dla danego gazu, uwzględniająca skończone rozmiary cząsteczek, ma wymiar objętości, przez co uznawana jest za objętość mola cząsteczek gazu,
  • p - ciśnienie,
  • Vm = V/n - objętość molowa,
  • V - objętość
  • n - liczność materii. liczba moli,
  • T - temperatura bezwzględna,
  • R - uniwersalna stała gazowa
  • Porównanie kształtu izoterm p = f(v) powyżej punktu krytycznego (zob. gaz doskonały i równanie Clapeyrona) i poniżej tego punktu (przemiana fazowa ciecz-para, na wykresie F i G)

    Parametry a i b, zgodnie z teorią, powinny być związane z parametrami punktu krytycznego gazu, zwanymi też stałymi krytycznymi, które mogą być też w zastosowaniach praktycznych traktowane jako parametry dopasowania (zob. zasada stanów odpowiadających sobie). W punkcie krytycznym styczna do wykresu p = f(v) jest pozioma (pochodna dp/dv = 0, zob. punkt przegięcia i ekstremum funkcji).

    Wydawnictwa Naukowo-Techniczne (WNT) – polskie wydawnictwo założone w 1949 z siedzibą w Warszawie, do 1961 działało pod firmą Państwowe Wydawnictwa Techniczne.Temperatura – jedna z podstawowych wielkości fizycznych (parametrów stanu) w termodynamice. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.
      oraz  

    gdzie:

    Objętość – miara przestrzeni, którą zajmuje dane ciało w przestrzeni trójwymiarowej. W układzie SI jednostką objętości jest metr sześcienny, jednostka zbyt duża do wykorzystania w życiu codziennym. Z tego względu najpopularniejszą w Polsce jednostką objętości jest jeden litr (l) (1 l = 1 dm = 0,001 m³).Kelwin – jednostka temperatury w układzie SI równa 1/273,16 temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody, oznaczana K. Definicja ta odnosi się do wody o następującym składzie izotopowym: 0,00015576 mola H na jeden mol H, 0,0003799 mola O na jeden mol O i 0,0020052 mola O na jeden mol O.
  • Tc - Temperatura krytyczna
  • pc - ciśnienie krytyczne
  • Dla dowolnej liczby moli gazu n w objętości V równanie van der Waalsa przybiera postać:

    Równanie van der Waalsa stanowi na ogół bardzo dobre przybliżenie równania stanu gazów rzeczywistych, szczególnie dla dużych ciśnień i w warunkach temperatury i ciśnienia zbliżonych do parametrów skraplania gazu i powyżej.

    Parametry stanu – wielkości fizyczne opisujące stan układu termodynamicznego takie jak: temperatura, ciśnienie, objętość, ilości (np. stężenia) poszczególnych substancji, czasem również inne. Wielkości, które nie zależą od ilości substancji w układzie, to tzw. parametry intensywne, natomiast wielkości zależące od ilości substancji to parametry ekstensywne.Ciśnienie krytyczne – graniczne ciśnienie, poniżej którego nie jest możliwe przeprowadzenie gazu w stan ciekły w temperaturze krytycznej. Jest jednym z parametrów punktu krytycznego. Po przekroczeniu ciśnienia, jak i temperatury krytycznej, substancja przechodzi w stan nadkrytyczny.

    Jeśli można zaniedbać oddziaływanie między cząsteczkami (a=0) i rozmiary samych cząsteczek (b=0) czyli traktować gaz jako gaz doskonały, to równanie van der Waalsa przechodzi w równanie Clapeyrona. Bardziej ogólnym równaniem opisującym gazy rzeczywiste jest wirialne równanie stanu gazu.

    Johannes Diderik van der Waals (ur. 23 listopada 1837, zm. 8 marca 1923) – fizyk holenderski, laureat nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w roku 1910 za badania równania stanu gazów i cieczy rzeczywistych.Objętość molowa – objętość, jaką zajmuje jeden mol substancji. Jednostką objętości molowej w układzie SI jest m³/mol. Objętość molową podaje się dla określonych warunków, zwykle dla warunków normalnych.

    Uwagi

    1. W wielu źródłach z dziedziny chemii fizycznej jest stosowany zapis: (symbole funkcji i parametrów stanu, odnoszące się do jednego mola i n moli, zapisywane odpowiednio wielkimi i małymi literami).

    Bibliografia[]

  • Włodzimierz Trzebiatowski: Chemia nieorganiczna. Warszawa 1965: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, s. 135, 136.
  • Stanisław Bursa: Chemia fizyczna. Wyd. Wyd. 2 popr. Warszawa: PWN, 1979, s. 264–269. ISBN 83-01-00152-6. (pol.)
  • Antoni Basiński: Chemia fizyczna. Warszawa: PWN, 1966, s. 319–322.
  • Józef Szarawara: Termodynamika chemiczna. Warszawa: WNT, 1979, seria: Inżynieria chemiczna.
  • S. Frisz, A. Timoriewa: Kurs fizyki, tom = 1. Fizyczne podstawy mechaniki; Fizyka cząsteczkowa; Drgania i fale. Warszawa: PWN, 1955, s. 239–257.
  • Józef Szarawara (ur. 26 lutego 1924, Janowiczki k. Racławic) – inżynier-chemik, nauczyciel akademicki i naukowiec, działający w wielu obszarach technologii i inżynierii chemicznej, termodynamiki stosowanej oraz kinetyki i inżynierii reakcji chemicznych.Punkt przegięcia jest w analizie matematycznej punktem na wykresie funkcji, w którym zachodzi zmiana jej wypukłości, tj. funkcja wypukła na lewo od tego punktu staje się wklęsła na prawo od niego lub na odwrót. Pojęcie to może być też uogólnione na inne krzywe.



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Warto wiedzieć że... beta

    Równanie Clapeyrona, równanie stanu gazu doskonałego to równanie stanu opisujące związek pomiędzy temperaturą, ciśnieniem i objętością gazu doskonałego, a w sposób przybliżony opisujący gazy rzeczywiste. Sformułowane zostało w 1834 roku przez Benoîta Clapeyrona. Prawo to można wyrazić wzorem
    Ciśnienie – wielkość skalarna określona jako wartość siły działającej prostopadle do powierzchni podzielona przez powierzchnię na jaką ona działa, co przedstawia zależność:
    Przemiana fazowa (przejście fazowe) – proces termodynamiczny, polegający na przejściu jednej fazy termodynamicznej w drugą, zachodzący w kierunku zapewniającym zmniejszenie energii swobodnej układu
    Temperatura krytyczna – temperatura, powyżej której zanika różnica gęstości między stanem gazowym a ciekłym danej substancji, a w związku z tym niemożliwe jest skroplenie gazu pomimo wzrostu ciśnienia. Mówi się, że taka substancja znajduje się w stanie nadkrytycznym.
    Język polski (polszczyzna) – język naturalny należący do grupy zachodniosłowiańskich (do których należą również czeski, słowacki, kaszubski, dolnołużycki, górnołużycki i wymarły połabski), stanowiących część rodziny indoeuropejskiej.
    Wirialne równanie stanu gazu opisuje stan gazu rzeczywistego. Ma postać szeregu potęgowego (Kamerlingha - Onnesa), którego pierwszy człon stanowi równanie stanu gazu doskonałego. Z reguły równanie to jest podane dla 1 mola gazu, a więc zamiast objętości w równaniu pojawia się objętość molowa gazu .
    Wydawnictwo Naukowe PWN SA – wydawnictwo z siedzibą w Warszawie, założone w 1951, w obecnej formie prawnej działające od 1997. Wydawnictwo Naukowe PWN SA stanowi jednostkę dominującą Grupy kapitałowej PWN, w skład której wchodzi kilkanaście przedsiębiorstw, głównie wydawnictw.

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.038 sek.