Pavle Radojković
Gasovito stanje i realni gasovi Agregatno stanje je makroskopski oblik postojanja materije, bilo kojih fizičkih svojstva i hemijskog sastava, u kojoj čestice imaju odreĎeni prostorni raspored i načine kretanja, izazvano odnosom termalne energije čestica i energije meĎumolekulskih interakcija. U gasovima, odnosno materiji u gasovitom agregatnom stanju, prosečna energija čestice je mnogo veća od energije meĎumolekulskih interakcija. U idealnom gasnom stanju čestice gasa se kreću haotično, kontinuirano, pravolinijski u svim pravcima, pritom svi sudari čestica su u potpunosti elastični. Idealni gas ne postoji, meĎutim realni gasovi mogu doći do graničnih vrednosti idealnog gasnog stanja, ako se naĎu u takvim uslovima da je vrednost pritiska veoma mala (teži nuli), a vrednost temperature veoma velika (teži beskonačnosti), prema kinetičkoj teoriji gasa. U ovom stanju svi gasovi se ponašaju slično. Za ponašanje gasa u idealnom gasnom stanju važe jednačina idealnog gasnog stanja: PV=nRT Ova jednačina predstavalja ujedinjenje zakona koji važe za stanje idealnog gasa i koje su definisiali naučnici Bojl, Mariot, Gej-Lisak i Avogardo. Bojl-Mariotov zakon definiše izotermni proces i glasi: Za jednaku količinu gasa na konstantnoj temperaturi zapremina je obrnuto srazmerana pritisku. Gej-Lisakov zakon definiše izobarski proces i glasi: Za jednaku količinu gasa izloženog konstantnom pritisku zapremina je direktno srazmerna temperaturi. Zakon koji definiše izohorski proces glasi: Za jednaku količinu gasa iste zapremine temperatura je obrnuto srazmerna pritisku. Avogadrov zakon važi kada su temperatura i pritisak konstanti, i definiše da proizvod količine gasa i njegove zapremine kao konstantnu vrednost. Ova vrednost je molarna zapremina idealnog gasa i pri normalnim uslovima je Vm=22,414 mol/dm3. Za realne gasove ova jednačina daje tačnije vrednosti ukoliko je gas približniji idealnom gasnom stanju. Kinetička teorija gasa model jednostavnog gasa kvantitativno opisuje i eksperimentalno dokazuje njegova svojstva. Primenom kinetičke teorije gasova, koja kao osnovnu pretpostavku da se gas sastoji od velikog broja molekuma mase m, koji se kreću bez meĎusobnih interakcija i kojima su sudari elastični, mogu se odrediti osobine gasnog stanja materije. Po ovoj teoriji energija gasnog stanja jednaka je energiji pojedinačnih čestica gasa. Prema kinetičkoj teoriji gasova pritsak gasa potiče od udara čestica gasa o površinu suda u kome se nalazi. Gasovi pokazuju transportne osobine, i to difuziju, viskoznost, toplotnu provodljivost i efuziju. Difuzija je transport materije, odnosno makroskopsko kretanje zbog postojanja gradijenta koncetracije. Viskoznost je pojava slična trenju kod čvrstih tela, a odnosi se na otpor kojim se slojevi fluida suprotstavljaju meĎusobnom kretanju. Ova pojava nastaje pri prolasku čestica iz jednog sloja u drugi i pri tom prolasku su suprotno usmerene od smera delovalja spoljašnje sile koja obezbeĎuje tečenje. Za male brzine gasova, koji se kreću bez turbulencija važi Njutnov zakon viskoznosti. Toplotna provodljivost gasa je prenos termalne energije uzrokovano termalnim gradijentom. Transportna osobina gasa koja se javlja pri prolasku čestica gasa kroz male otvore na tankom zidu naziva se efuzija. Efuzija je opisana Gremovim zakonom efuzije: Brzina je obrnuto srazmerna kvadratnom korenu gustine gasa.
Realni gas Realni gasovi su gasovi u stanju koje se ne pokorava zakonitostima idealnog gasa, i dolazi
do odstupanja u odnosu zapremine, pritiska i temperature. Za realno gasno stanje ne važi jednačina idealnog gasa. Ipak realni gasovi se mogu značajno približiti stanju idealnog gasa i u tom slučaju odstupanja su zanemarljivo mala. Do odstupanja dolazi zato što kod realnih gasove se meĎumolekulse interakcije ne mogu zanemariti, sudari čestica nisu apsolutno elastični, a čestice gasa imaju zapreminu, odnosno nisu materijalne tačke. Realne gasove opisuje i veličina nazvana kompresioni faktor i dobija se kao proizvod molarne zapremine gasa i molarne zapremine idealnog gasa. Kompresioni faktor označava stepen odstupanja od idealnog gasa, označava se sa Z i za idealni gas ima konstantnu vrednost Z=1. Kod realnih gasova kompresioni faktor zavisi od prirode gasa, temperature i pritiska. Ukoliko je je Z<1 znači da će se gas lakše kompresovati od idealnog gasa. Ponašanje realnih gasova se može opisati i Van der Valsovom jednačinom, meĎutim ova jednačina daje kao rezultat odstupanja od eksperimentalnih uslova za neke verednosti pritiska ili temperature, od koje zavise konstante a i b. Konstanta b je definisana kao efektivna zapremina molekula, a konstante a i b su specifične za svaki gas. Van der Valsova jednačina glasi: (P+a/TV2)(V-b)=RT
Literatura ● Arsenijević, S. 1989, Opšta i neorganska hemija, Naučna knjiga ● Čopin, G. Džafi, B. 1972, Hemija nauko o materiji energiji i promenama, Vuk Karadžić ● Halclajtner Antunović, I. 2000, Opšti kurs fizičke hemije, Zavod za udžbenike i nastavna sredstva
