Gas real

Un gas real, en oposició a un gas ideal, és un gas que exhibix propietats que no poden ser explicades enterament utilisant la llei dels gasos ideals. Per a entendre el comportament dels gasos reals deuen considerar-se els següents efectes:

• efectes de compresibilidad
• capacitat calorífica específica variable
• forces de Van der Waals
• efectes termodinàmics del no-equilibri
• qüestiones de dissociació molecular i reaccions elementals en composició variable.

Per a la majoria d'aplicacions, un anàlisis tan detallat és innecessari, i l'aproximació de gas ideal pot ser utilisada en raonable precisió. En canvi, prop del punt de condensació dels gasos, prop de punts crítics, a molt altes pressions i en atres casos menys usuals, és necessari amprar models de gas real.

Models

Archiu:Real Gas Isotherms.svg

Isotermas de gasos reals.

Curves blava obscur – isotermes baix de la temperatura crítica. Seccions verdes – estats metaestables.

Secció a l'esquerra del punt F – líquit normal.
Punt F – punt d'ebullició.
Llínea FG – equilibri de fases líquida i gaseosa.
Section FA – líquit supercalentado.
Section F′A – líquit "estirat" (stretched) (p<0).
Section AC – extensió analítica de la isoterma, físicament impossible.
Section CG – vapor superenfriado.
Point G – punt de rocío.
Gràfica a la dreta del punt G – gas normal.
Les àrees FAB i GCB són iguals.

Curva roja – Isoterma crítica.
Punt K – punt crític.

Curves blava clar – isotermes supercríticas.

Artícul principal → Equació d'estat.

Modele de Van der Wals

Artícul principal → Equació de Van der Waals.

Els gasos reals són ocasionalment modelats prenent en conte el seu massa i volum molar

$RT=(P+\frac{a}{V_{\mathrm{m}}^2})(V_{\mathrm{m}}-b)$

a on P és la pressió, T és la temperatura, R és la constant dels gasos ideals, i V_m és el volum molar. "a" i "b" són paràmetros que són determinats empíricamente per a cada gas, pero en ocasions són estimats a partir de la seua temperatura crítica (T_c) i el seu pressió crítica (P_c) utilisant estes relacions:

$a=\frac{27R^2{T}_{\mathrm{c}}^2}{64P_{\mathrm{c}}}$

$b=\frac{R{T}_{\mathrm{c}}}{8P_{\mathrm{c}}}$

Model de Redlich–Kwong

l'equació de Redlich–Kwong és una atra equació de dos paràmetros que és utilisada per a modelar gasos reals. És casi sempre més precisa que l'equació de Van der Waals, i en ocasions més precisa que algunes equacions de més de dos paràmetros. L'equació és

$RT=P(V_{\mathrm{m}}-b)+\frac{a}{V_{\mathrm{m}}(V_{\mathrm{m}}+b)T^{\frac{1}{2}}}(V_{\mathrm{m}}-b)$

a on "a" i "b" són dos paràmetros empírics que no són els mateixos paràmetros que en l'equació de Van der Waals. Estos paràmetros poden ser determinats:

$a=0.4275\frac{R^2{T}_{\mathrm{c}}^{2.5}}{P_{\mathrm{c}}}$

$b=0.0867\frac{R{T}_{\mathrm{c}}}{P_{\mathrm{c}}}$

Model de Berthelot i de Berthelot modificat

L'equació de Berthelot (nomenada en honor de D. Berthelot) és molt rarament usada,

$P=\frac{RT}{V_{\mathrm{m}}-b}-\frac{a}{T{V}_{\mathrm{m}}^2}$

pero la versió modificada és alguna cosa més precisa

$P=\frac{RT}{V_{\mathrm{m}}}[1+\frac{9P/P_{\mathrm{c}}}{128T/T_{\mathrm{c}}}(1-\frac{6}{(T/T_{\mathrm{c}}{)}^2})]$

Model de Dieterici

Este model (nomenat en honor de C. Dieterici) va caure en desús en anys recents

$P=RT\frac{\exp (\frac{-a}{V_{\mathrm{m}}RT})}{V_{\mathrm{m}}-b}$.

Model de Clausius

L'equació de Clausius (nomenada en honor de Rudolf Clausius) és una equació molt simple de tres paràmetros usada per a modelar gasos.

$RT=(P+\frac{a}{T(V_m+c{)}^2})(V_m-b)$

a on

$a=\frac{27R^2{T}_c^3}{64P_c}$

$b=V_c-\frac{R{T}_c}{4P_c}$

$c=\frac{3R{T}_c}{8P_c}-V_c$

i a on V_c és el volum crític.

Model virial

L'equació virial deriva a partir d'un tractament perturbacional de la mecànica estadística.

$P{V}_m=RT(1+\frac{B(T)}{V_m}+\frac{C(T)}{V_m^2}+\frac{D(T)}{V_m^3}+\mathrm{...})$

o alternativament

$P{V}_m=RT(1+B^{\prime }(T)\cdot P+C^{\prime }(T)\cdot P^2+D^{\prime }(T)\cdot P^3+\mathrm{...})$

a on B, C, D, B′, C′ i D′ ,són constants dependents de la temperatura.

Model de Peng–Robinson

Esta equació de dos paràmetros (nomenada en honor de D.-Y. Peng i D. B. Robinson) té l'interessant propietat de ser útil per a modelar alguns líquits ademés de gasos reals.

$P=\frac{RT}{V_m-b}-\frac{a(T)}{V_m(V_m+b)+b(Vm-b)}$

Model de Wohl

L'equació de Wohl (nomenada en honor de A. Wohl) està formulada en térmens de valors crítics, fent-la útil quan no estan disponibles les constants de gasos reals.

$RT=(P+\frac{a}{T{V}_m(V_m-b)}-\frac{c}{T^2{V}_m^3})(V_m-b)$

a on

$a=6P_c{T}_c{V}_c^2$

$b=\frac{V_c}{4}$

$c=4P_c{T}_c^2{V}_c^3$.

Model de Beattie–Bridgman

Esta equació està basada en cinc constants determinades experimentalment. Està expressada com

$P=\frac{RT}{V_{\mathrm{m}}^2}(1-\frac{c}{V_{\mathrm{m}}{T}^3})(V_{\mathrm{m}}+B)-\frac{A}{V_{\mathrm{m}}^2}$

a on

$A=A_0(1-\frac{a}{V_{\mathrm{m}}})$

$B=B_0(1-\frac{b}{V_{\mathrm{m}}})$

Se sap que esta equació és raonablement precisa per a densitat fins a al voltant de 0.8 ρ_c, a on ρ_c és la densitat de la substància en el seu punt crític. Les constants que apareixen en l'equació superior estan donades en la següent taula quan P està en kPa, V_m està en $\frac{{\mathrm{m}}^3}{\mathrm{k}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}$, T està en K i R=8.314$\frac{\mathrm{k}\mathrm{P}\mathrm{a}\cdot {\mathrm{m}}^3}{\mathrm{k}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot \mathrm{K}}$

Gas	A0	a	B0	b	c
Aire	131.8441	0.01931	0.04611	-0.001101	4.34×104
Argon, Ar	130.7802	0.02328	0.03931	0.0	5.99×104
Diòxit de carbono, CO2	507.2836	0.07132	0.10476	0.07235	6.60×105
Heli, He	2.1886	0.05984	0.01400	0.0	40
Hidrogen, H2	20.0117	-0.00506	0.02096	-0.04359	504
Nitrogen, N2	136.2315	0.02617	0.05046	-0.00691	4.20×104
Oxigen, O2	151.0857	0.02562	0.04624	0.004208	4.80×104

Model de Benedict–Webb–Rubin

l'equació de Benedict–Webb–Rubin és una atra equació d'estat, referida a voltes com a equació BWR i una atra com a equació BWRS:

$P=RTd+d^2(RT(B+bd)-(A+ad-a\alpha d^4)-\frac{1}{T^2}[C-cd(1+\gamma d^2)\exp (-\gamma d^2)])$

a on d és la densitat molar i "a", "b", "c", "A", "B", "C", "α", i "γ" són constants empíriques.