화학 반데르발스방정식 압력 보정에서 왜 더하는건가요?

Question

이상기체상태 방정식 PV=nRT가 실제기체일 때 오차가 나타나서 보정해준게 반데르발스 방정식이잖요.

어떤 상황이 주어졌을 때 기체 입자가 이상기체가 아닌 실제기체라면

주어진 부피 V에서 실제기체는 입자 자체 부피가 존재하므로 그만큼 빼줘야 하니까

V-nb가 되는건 이해를 했는데요.

압력같은 경우에는 실제기체라면 인력이 작용하니까 인력에 의한 효과만큼 실제기체의 압력은 작아지잖아요.인력으로 인해 벽면에 충돌하는 충격량이 줄어드니까요. 그럼 P-ad^2이 되어야 하는거 아닌가요? 왜 P+ad^2이 되는거예요??

유튜브 영상같은걸 봐도 실제기체는 이상기체에 비해 인력이 존재하니까 압력은 인력에 의한 효과만큼 작아지니까 더한다고 나오는데, 대체 왜 작아지는데 더하는건지 이해가 안갑니다

인력에 의한 효과만큼 작아진다는건 -개념이라 빼줘야 하는데 대체 왜 더해주는 건가요?

부피도 실제기체면 자체부피가 존재하니까 그로인해 실제기체 부피는 작아질 거니까 기체입자 자체부피인 nb만큼 빼줬잖아요.

그럼 압력도 실제인력일때는 분자간 인력에 의한 효과 때문에 작아질거니까 인력에 의한 효과 ad^2만큼 빼줘야 저 말이 맞는건데 대체 왜 더해주는건가요?

부피는 실제기체이면 자체부피때문에 작아지니까 빼주는데 압력도 실제기체면 인력때문에 작아지는데 대체 왜 이때는 더해주는건지 이해가 너무 안갑니다. 제발 도와주세요

Answer 1

안녕하세요.

반데르발스 방정식의 압력 보정 부분은 실제 기체의 분자간 인력이 압력에 미치는 영향을 정량화하여 이상기체 방정식을 수정한 것입니다. 이상기체 방정식 PV=nRT는 기체 분자 간에 아무런 상호작용이 없다고 가정합니다. 그러나 실제 기체에서는 분자간 인력이 존재하며, 이로 인해 기체 분자들은 용기 벽에 더 적게 충돌하게 되어 실제 측정된 압력이 이상기체에서 예측한 압력보다 낮게 나타납니다.

반데르발스 방정식에서 P + (a * n²) / V²​ 형태로 압력 보정이 이루어지는데, 이는 실제 압력이 인력 때문에 감소한다는 현상을 반영합니다. 여기서 a는 분자간 인력의 세기를 나타내는 상수이며, n은 기체의 몰 수, V는 기체의 부피를 의미합니다. (a * n²) / V²​항은 기체 분자 간의 인력이 압력에 미치는 감소 효과를 나타내는데, 이 값을 실제 압력에 더해주어야만 인력으로 인한 압력 감소를 보정할 수 있습니다. 따라서, 이 항을 실제 압력에 더하는 것은 실제 기체의 압력을 이상기체의 압력과 동등하게 맞추기 위한 필수적인 조정입니다.

이 보정 과정은 실제 기체의 물리적 특성과 이상기체 모델 사이의 차이를 교량하는 중요한 단계를 제공합니다. 이를 통해, 기체의 실제 행동을 더 정확하게 모델링 할 수 있으며, 과학자들은 기체의 거동을 더 정밀하게 예측하고 이해할 수 있게 됩니다. 분자간 인력이 미치는 영향을 정확히 계산함으로써, 기체 시스템의 설계와 제어, 실제 산업 공정에서의 활용에 있어서 보다 신뢰할 수 있는 데이터를 제공합니다. 이러한 과정은 열역학적 특성을 분석하고 최적화하는데 근본적인 이론적 기반을 마련합니다.