ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Приведенное уравнение и соответственные состояния. . Свойства газов при высоком разрежении и при высоких давлениях из "Краткий курс физ. химии" ВОЗМОЖНОСТЬ, пользуясь ограниченным числом экспериментальных данных, рассчитать некоторые свойства газов для разных условий, не прибегая к дорогостоящим и не всегда доступным прям ым измерениям. [c.112] Для дальнейшего разбора вопроса мы обратимся к одному из наиболее ранних и наиболее изученных уравнений состояния реальных газов — уравнению Ван-дер-Ваальса. [c.112] Это уравнение получается из уравнения состояния идеальных газов в результате введения в него поправок на наличие у молекул собственного объема и на взаимное их притяжение. [c.112] Член а У выражает поправку, учитывающую взаимное притяжение молекул, которое действует как некоторое давление К=а1У , сжимающее газ. Его называют внутренним давлением и считают, что оно обратно пропорционально квадрату объема. [c.112] Величина а характеризует способность к взаимному притяжению, свойственную молекулам данного вещества. Величина Ь выражает поправку, учитывающую собственный объем молекул и взаимное отталкивание между ними при малых расстояниях. Она приблизительно равна учетверенному объему молекул, рассчитываемому из газокинетического радиуса их. [c.112] По смыслу вывода уравнения величины а ц Ь должны быть не зависящими от температуры или давления. Поэтому они и называются постоянными. Однако вследствие неточности самого уравнения эти величины, как показывают опытные данные, изменяются, причем а меняется в большей степени с изменением температуры, а Ь — с изменением объема. [c.112] Оба члена, отличающие уравнение Ван-дер-Ваальса от уравнения состояния идеальных газов, приобретают тем большее относительное значение, чем меньше становится мольный объем газа. При малых объемах, т. е. при высоких давлениях или при низких температурах, член возрастает и играет все большую и большую роль по сравнению с давлением р в то же время с уменьшением V относительное значение члена Ь тоже возрастает. В противоположном случае, т. е. при больших объемах (при низких давлениях или высоких температурах), член становится малым и вследствие большой величины У член Ь тоже играет относительно 1 1алую роль. В пределе при достаточно больших объемах оба эти члена теряют свое значение и рассматриваемое уравнение переходит в уравнение состояния идеального газа. [c.112] Как уравнение третьей степени относительно V оно имеет три корня, из которых, согласно теории кубичных уравнений, два корня могут быть мнимыми. [c.113] На рис. 30 показаны результаты расчета изотерм углекислоты в области тех же температур и давлений, для которых экспериментальные данные были представлены на рис. 28. Согласие получа- ется в общем хорошее, но на участках, где опытные изотермы прямолинейны, рассчитанные изотермы дают 5-образный ход. [c.113] Именно на этом и только на этом участке кривой ур. (111,28а) и дает при решении относительно V три вещественных значения объема. На остальных же участках два значения получаются мнимыми. Можно показать, что горизонтальные прямые, отвечающие процессу сжижения, расположены так, что площади, ограниченные верхней и нижней петлями 5-образной кривой, заштрихованные на рис. 30, равны между собой (площадь ВАС равна площади ВРО). [c.113] Кроме уравнения Ван-дер-Ваальса было предложено довольно много других форм уравнения состояния реальных газов. Некоторые из этих уравнений лучше выражают зависимость V от температуры и давления, но содержат большое число индивидуальных постоянных и рассчитывать по ним сложно. К тому же физический смысл этих постоянных и связи между ними не -всегда достаточно ясны. [c.113] На рис. 31, а представлена зависимость энергии взаимодействия двух атомов от расстояния между ними для гелия, неона и аргона. [c.114] Зависимость энергии взаимодействия между дпумя атомами от расстояния между ними (а) и зависимость второго вириального коэффициента некоторых газов от температуры (б). [c.114] Это уравнение называют уравнением со вторым вириальным коэффициентом. Оно связывает величину В, характеризующую взаимодействие между молекулами данного газа, с соотношением между объемом и давлением его при разных температурах. На рис. 31,6 представлена зависимость второго вириального коэффициента некоторых газов от температуры. [c.114] Уравнению состояния с вириальными коэффициентами иногда придают другой вид, выражая правую часть ур. (111,29) степенным рядом по давлению, а не по 1/У. [c.115] Приведенное уравнение и вытекающий из него закон соответственных состояний могут быть получены не только из уравнения Ван-дер-Ваальса, но и иа любого другого уравнения состояния, содержащего не более двух индивидуальных постоянных. [c.116] Длина свободного пути молекул обратно пропорциональна давлению газа. С разрежением газа она естественно увеличивается, достигая, например, 1 см при давлении 0,009 мм рт. ст. и нескольких километров при высоком разрежении (высоком вакууме). В этих условиях, когда средняя длина пути становится много большей, чем размеры сосуда, столкновения между молекулами газа случаются относительно редко, и каждая данная молекула пролетает от одной стенки сосуда до другой большей частью без столкновений с другими молекулами. В результате такие свойства, как вязкость, диффузия, теплопроводность, которые зависят в основном от межмолекулярных столкновений, существенно меняются. Очень сильное уменьшение теплопроводности газов при высоком разрежении практически используется в термосах, в производственных и лабораторных сосудах Дьюара. Тепловая изоляция достигается в них в основном именно тем, что сосуды делаются с двойными стенками и в пространстве между ними создается высокий вакуум. [c.116] С развитием промышленности в ней стали применяться процессы, осуществляемые при высоких давлениях, измеряемых десятками, сотнями и даже тысячами атмосфер. В недрах земли газообразные вещества (в частности, природный газ) на соответствующей глубине залегания находятся тоже под высоким давлением, измеряемым сотнями атмосфер. В лабораторных условиях применяются давления, достигающие сотен тысяч атмосфер. Многие свойства веществ, в таких условиях претерпевают существенные изменения. [c.116] При давлении 1000 атм объем газа примерно в 500 раз меньше, чем при атмосферном давлении при той же температуре (а плотность соответственно в 500 раз больше). Таким образом, по плотности в этих условиях газ значительно ближе к жидкости, чем к газам в обычных условиях их существования. [c.116] Вернуться к основной статье