ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Критические явления. Теория Ван-дер-Ваальса.Теперь обратимся к диаграмме PV, являющейся проекцией трёхмерной диаграммы для воды на плоскости P-V при любой температуре. При достаточно низких температурах любой газ можно превратить в жидкость, приложив внешнее давление: , молекулы сближаются, силы притяжения достаточны, чтобы вызвать конденсацию. Критерий критического состояния для чистого вещества: Критическому состоянию соответствует T и P при которых газообразная и жидкая фазы становятся настолько близкими по свойствам, что не могут существовать как отдельные фазы (применимо и к смесям). На рисунке показан характер кривых P-V вблизи критической температуры. График изображает зависимость давления пара изопентана от мольного объёма при нескольких температурах. На рисунке представлены изотермы. Кривые, соответствующие высоким температурам (>503K) – гиперболы - полная аналогия с идеальными газом. (1) Кривая при T=473K(2), свидетельствуют, что молекулы уже притягиваются друг к другу и . Кривые ниже T=461K (3) имеют горизонтальный участок. Горизонтальные линии (4 и 5) показывают, что бесконечно малое увеличение давления вызывает сильное уменьшение объёма вследствие превращения газа в жидкость. На диаграмме отмечены области существования всех фаз. Поскольку жидкость сжимается труднее чем газ – изотермы для неё идут круче. Вдоль горизонтальных линий сосуществуют одновременно жидкость и газ (газ в равновесии с жидкостью - пар). На рисунке отмечена область существования пара и жидкости, охватывающая диапазон нахождения горизонтальных участков изотерм. Давления пара изопентана при любой температуре представлены горизонтальными линиями. Точки максимума B позволяют определить критическую температуру Tк, Vк, Pк. (Волнообразную кривую NMLKA рассмотрим позднее). (Вещество вблизи критической точки вещество сильно рассеивает свет, это явление называют критической опалесценцией) В 1879 году Ван-дер-Ваальс предложил своё толкование неидеального поведения газов, которое помогло понять и критические явления. Большую сжимаемость реальных газов он он объяснил взаимным притяжением молекул. Силы приводящие к конденсации до сих пор называются силами Ван-дер-Ваальса. Происхождение таких сил было впервые объяснено Лондоном в 1930 г. Ван-дер-Ваальс ввёл поправку на межмолекулярное притяжение, прибавив к измеряемому давлению в уравнении состояния член , где a – константа Ван-дер-Ваальса, n – число молей газа. При достаточно высоком давлении реальные газы занимают больший объём, чем идеальные газы. Чтобы учесть это явление Ван-дер-Ваальс ввёл в уравнение состояния действительный объём, в котором движутся молекулы, его получают, вычитая из измеренного объёма V исключаемый объём nb Полное уравнение Ван-дер-Ваальса: Или (3.1) Когда мольный объём велик, b и становятся пренебрежимо малы. Из уравнения Ван-дер-Ваальса вытекает закон идеального газа . Константы можно рассчитать из экспериментально измеренных значений P, , T или из критических констант газа. Вообще говоря, можно оценить исключаемый объём, допуская, что при достаточно низком давлении молекулы сближаются только попарно, а группы по три молекулы и более можно не принимать во внимание. Объём, исключаемый для 1 молекулы, можно вычислить если рассматривать молекулы как жесткие сферы. Для одной пары исключается Для одной молекулы - Объём одной молекулы , т.е. В расчёте на одну молекулу. В первом приближении константа b=4
Уравнения Ван-дер-Ваальса в виде Раскроем скобки и запишем по убывающим степеням : (3.1)’ При T<Tк это уравнение имеет три действительных корня. Графически уравнение может быть представлено в виде волнообразной кривой NMLKA на изотерме 443К. Точки пересечения N,L,A на горизонтальной линии (P=const) дают три действительных значения . Рассчитанная кривая даёт как бы непрерывный переход из газообразной фазы в жидкость, но такого нет, а есть существование газа и жидкости вдоль горизонтальных прямых. Теоретическая линия NMLKA не соответствует физическим представлениям. При критической Tк (461K для пентана) и критическом давлении Pк уравнение (3.1)’ имеет только один действительный корень . Значение констант a и b в уравнении Ван-дер-Ваальса можно рассчитать из критических констант газа. Критическая точка – точка перегиба на кривой PV, т.е. Критические явления наблюдаются для жидких растворов, биополимеров, жидких кристаллов, сплавов, сверхпроводников и ферромагнетиков. Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|