Meitä ympäröivä ilma, ympärillämme olevat eläimet ja jopa oma kehomme koostuvat molekyyleistä ja erilaisista kaasuista. Nämä kaasut ovat olennainen osa elämäämme. Hengitämme ja päästämme kaasuja joka sekunti. Mutta on olemassa erilaisia kaasuja. Jotkut ovat jopa hypoteettisia. Ideaalikaasun ja todellisen kaasun välinen ero auttaa meitä ymmärtämään kaasuja paremmin.
Ideal Gas vs Real Gas
Ideaalikaasun ja todellisen kaasun ero on siinä, että edellinen on hypoteettinen kaasu, kun taas jälkimmäinen on olemassa reaaliajassa. Ihanteellinen kaasu noudattaa aina kaasulakeja, kun taas todellinen kaasu noudattaa niitä tietyissä olosuhteissa. Nämä kaksi kaasua eroavat myös niiden molekyylien tilavuudesta, tavasta, jolla ne ovat vuorovaikutuksessa jne.
Ideaalikaasu on teoreettinen kaasu, mikä tarkoittaa, että sitä ei ole olemassa todellisuudessa. Se noudattaa kaasulakeja kaikissa paine- ja lämpötilaolosuhteissa. Ihanteellisessa kaasussa on useita minuuttihiukkasia, jotka liikkuvat satunnaisesti kaikkiin suuntiin, koska ne eivät ole alttiina hiukkasten väliselle vuorovaikutukselle.
Toisaalta todellista kaasua on läsnä ympärillämme olevassa ympäristössä. Todelliset kaasut noudattavat kaasulakeja vain korkean lämpötilan ja alhaisen paineen olosuhteissa. Näiden kaasujen molekyylit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, minkä vuoksi ne eivät toimi ihanteellisen kaasun tavoin.
Ideaalikaasun ja oikean kaasun vertailutaulukko
| Vertailuparametrit | Ihanteellinen kaasu | Oikea kaasu |
| Määritelmä | Ihanteellinen kaasu noudattaa kaikkia kaasulakeja kaikissa paine- ja lämpötilaolosuhteissa. | Todelliset kaasut noudattavat kaasulakeja vain olosuhteissa, joissa paine on alhainen ja lämpötila korkea. |
| Molekyylien liike | Ihanteellisessa kaasussa olevat molekyylit voivat liikkua vapaasti eivätkä osallistu hiukkasten väliseen vuorovaikutukseen. | Todellisen kaasun molekyylit törmäävät toisiinsa ja ovat alttiina hiukkasten väliselle vuorovaikutukselle. |
| Määrä varattu | Ihanteellisen kaasun käyttämä tilavuus on mitätön verrattuna kokonaistilavuuteen. | Todellisen kaasun käyttämä tilavuus on huomattava verrattuna kokonaistilavuuteen. |
| Paine | Ihanteellisella kaasulla on korkea paine. | Todellinen paine todellisessa kaasussa on pienempi kuin ihanteellisen kaasun paine. |
| Voimia läsnä | Ihanteellisessa kaasussa ei ole molekyylien välisiä vetovoimavoimia. | Todellisessa kaasussa olevat voimat ovat joko houkuttelevia tai vastenmielisiä. |
| Kaava | Ihanteellinen kaasu noudattaa kaavaa; PV = nRT | Todelliset kaasut noudattavat kaavaa, (P+(an2/V2))(V-nb)=nRT. |
Mikä on ihanteellinen kaasu?
Ideaalikaasu koostuu useista hiukkasista, jotka liikkuvat satunnaisesti kaikkiin suuntiin, ja se on se, joka ei ole alttiina hiukkasten väliselle vuorovaikutukselle. Se noudattaa kaasulakeja sekä tilayhtälöä. Ihanteellisessa kaasussa molekyylien väliset törmäykset ovat täysin elastisia; tämä tarkoittaa, että kineettistä energiaa ei menetetä törmäyksen sattuessa.
Ihanteellisella kaasulla ei ole molekyylien välistä vetovoimaa. Se on hypoteettinen kaasu, mikä tarkoittaa, että sitä ei ole ympäristössä. Ihanteellisen kaasulain mallia on tutkittu sekä Newtonin dynamiikassa että kvanttimekaniikassa.
Voidaan teoreettisesti ymmärtää, että ihanteellinen kaasu syntyy kaasumolekyylien kineettisestä paineesta. Molekyylit törmäävät säiliön seiniin noudattamalla Newtonin lakeja. On myös selvää, että kun ihanteellisen kaasun painetta alennetaan kuristusprosessissa, sen lämpötilassa ei havaita muutosta.
Ihanteellinen kaasu ei kondensoidu, koska sen tilavuus on mitätön. Siitä puuttuu myös kolmoispiste, joka on piste, jossa puhtaan aineen kiinteän, nestemäisen ja kaasumaisen faasin lämpötila ja paine voivat esiintyä yhdessä tasapainossa. Ihanteellinen kaasu noudattaa kaavaa PV=nRT.
Mikä on oikea kaasu?
Todelliset kaasut ovat kaasuja, jotka noudattavat kaasulakeja tietyissä olosuhteissa. Ne eivät ole ihanteellisia kaasuja. Jotta todellisia kaasuja olisi olemassa, paineen tulee olla matala ja lämpötilan korkea. Todellisten kaasujen kaasumaiset hiukkaset liikkuvat ja ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Nämä törmäykset ovat joustamattomia, mikä tarkoittaa, että kineettistä energiaa häviää jonkin verran.
Todellisten kaasujen molekyylit vievät tilavuuden. Aidossa kaasussa olevat molekyylien väliset voimat voivat olla joko houkuttelevia tai vastenmielisiä. Todellinen kaasu ei ole hypoteettinen, mikä tarkoittaa, että sitä on ilmakehässä. Todellisen kaasun tilayhtälön selittämiseen on useita malleja, mutta yleisimmin käytetty on Van Der Waalin malli.
Todellisen kaasun tilavuus pysyy korkeassa paineessa huomattavan suurena ideaalikaasuun verrattuna. Lisäksi kun todellisen kaasun painetta alennetaan kuristusprosessissa, lämpötila todennäköisesti joko nousee tai laskee riippuen siitä, onko Joule-Thompson positiivinen vai negatiivinen.
Toisin kuin ihanteellinen kaasu, todellinen kaasu kondensoituisi, kun se jäähtyy kiehumispisteeseensä. Yleisiä esimerkkejä todellisista kaasuista ovat happi, typpi, vety, hiilidioksidi jne. Oikean kaasun noudattama kaava on (P+(an2/V2))(V-nb)=nRT.
Tärkeimmät erot ihanteellisen kaasun ja oikean kaasun välillä
Johtopäätös
Ihanteellinen kaasu on sellainen, jossa kaikkien molekyylien väliset törmäykset ovat luonteeltaan elastisia, mikä tarkoittaa, että ne eivät ole alttiina hiukkasten väliselle vuorovaikutukselle. Ihanteellista kaasua ei todellisuudessa ole olemassa. Se on luonteeltaan puhtaasti teoreettista. Ideaalikaasun käsite auttaa meitä ymmärtämään kaasulakeja sekä analysoimaan tilastollista mekaniikkaa.
Todellinen kaasu on sellainen, joka ei normaalipaineen ja -lämpötilan olosuhteissa noudata kaasulakeja. Sen molekyylit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, ja siksi todellinen ei toimi kuin ihanteellinen kaasu. Oikealla kaasulla on nopeus, massa ja tilavuus. Niillä on taipumus nesteytyä jäähtyessään kiehumispisteisiinsä.
Viitteet
- https://asmedigitalcollection.asme.org/GT/proceedings-abstract/GT1969/V001T01A071/231855
- https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.73.922
