Зерттеудің статистикалық және термодинамикалық әдістері
Ван-дер-Ваальс изотермасы және оларды талдау
жүктеу/скачать 0,97 Mb.
|
Зерттеуді статистикалы ж не термодинамикалы дістері (1)
- Бұл бет үшін навигация:
- Ван-дер-Ваальс изотермасын қарастырайық.
Ван-дер-Ваальс изотермасы және оларды талдауНақты газды зерттеу үшін, 1 моль газға арналған (61.2) Ван-дер-Ваальс теңдеуімен анықталатын Т берілген кездегі р- ның Vm –ға тәуелділігін сипаттайтын қисықтар — Ван-дер-Ваальс изотермасын қарастырайық. Бұл қисықтар (төрт әр түрлі температура үшін қарастырылады; сурет 89), өзіндік ерекшеліктерге ие. (T > Tк) жоғары температураларда нақты газдың изотермасы идеал газдың изотермасынан тек қисық түрінің аздап өзгеруімен ерекшеленеді. Қандай да бір Tк температурада изотермада тек бір ғана К иілу нүктесі бар болады. Бұл изотерма кризистік деп аталады, оған сәйкес Tк температура — кризистік температура деп аталады; К иілу нүктесі кризистік нүкте деп аталады; бұл нүктеге жанама абсцисса осіне параллель болады. Осы нүктеге сәйкес келетін Vк көлем және рк қысым да кризистік деп аталады. Кризистік параметрлермен берілген күй (pк, Vк, Tк) кризистік күй деп аталады. Изотерманың төмен температураларға сәйкес бөлігі (Т < Tк ) толқын тәріздес болады. Изотерма сипаттамасын түсіндіру үшін, (61.2) Ван-дер-Ваальс теңдеуін түрлендіріп, мына түрге келтіреміз (62.1) р және Т берілген кездегі (62.1) теңдеу, Vm- ге қатысты үшінші дәрежелі теңдеу болып табылады; демек, оның үш нақты түбірі, немесе бір нақты екі жорамал түбірі болуы мүмкін, мұнда тек нақты оң түбірлердің ғана физикалық мәні бар. Сондықтан, бірінші жағдайға төмен температурадағы изотермалар, екінші жағдайға жоғары температурадағы изотермалар сәйкес келеді. T<Тк болған кездегі изотерманың әр түрлі бөліктерін қарастыра отырып, (сурет 90), 1—3 және 5—7 бөліктерінде Vm көлем азайған кезде, р қысым артатынын көруге болады. 3—5 бөлікте заттың сығылуы қысымның азаюына әкеледі; ал тәжірибе, табиғатта мұндай күйлердің болмайтынын көрсетеді. 3—5 бөліктің болуы, заттың көлемі біртіндеп өзгерген кезде зат үнемі біртекті орта түрінде қала алмайтынын білдіреді; қандай да бір уақыт мезетінде күй өзгеріске ұшырап, зат екі фазаға бөлінеді. Осылайша, шын изотерма 7—6—2—1 сынған түзу түрінде болады. 6–7 бөлік газ тәрізді күйге, ал 2–1 бөлік сұйық күйге жауап береді. Изотерманың 6—2 горизонталь бөлігіне сәйкес келетін күйлерінде заттың сұйық және газ тәрізді фазаларының тепе теңдік жағдайы байқалады. Кризистік температурадан төмен температурадағы газ тәрізді күйдегі зат бу деп аталады, ал өз сұйығымен тепе-теңдік қалыпта болатын бу қаныққан бу деп аталады. 89-сурет Ван-дер-Ваальс теңдеуін талдағаннан туындайтын осы шешімдерді, көмір қышқыл газының изотермиялық сығылуын зерттеген ирландтық ғалым Т. Эндрюс (1813—1885) тәжірибемен растаған болатын. Эксперименттік (Эндрюс) және теориялық (Ван-дер-Ваальс) изотермалардың бір бірінен өзгешелігі, бірінші жағдайдағы газдың сұйыққа айналуына горизонталь бөліктер, ал екінші жағдайға толқын тәріздес бөліктер сәйкес келеді. Кризистік параметрлерді анықтау үшін олардың мәндерін (62.1) теңдеуге қойып, жазамыз: (62.2) (жеңілдету үшін, «m» символын алып тастаймыз). Кризистік нүктеде барлық үш түбір сәйкес келетіндіктен және Vк – ға тең болатындықтан, теңдеу мына түрге келтіріледі: (62.3) немесе (62.2) және (62.3) теңдеулері тепе-тең болғандықтан, дәрежелері белгісіз болғанда олардың коэффициенттері де тең болу керек. Сондықтан былай жазуға болады: , , (62.4) Алынған теңдеулерді шешсек, табамыз: Егер изотермалар жиынының горизонталь бөліктерінің шеткі нүктелері арқылы түзу жүргізсек, онда заттың күйінің екі фазалық аймағын шектейтін қоңырау тәріздес қисық пайда болады (сурет 91). Бұл қисық пен кризистік изотерма р,Vm диаграммасын үш аймаққа бөледі: қоңырау тәріздес қисықтың ішінде екі фазалық күйдің аймақтары орналасады (сұйық және қаныққан бу), оның сол жағында сұйық күйдің аймағы, ал оң жағында бу аймағы орналасқан. Будың басқа газ тәрізді күйлерден айырмашылығы, изотермиялық сығылу кезінде ол сұйылу процесінен өтеді. Ал газ кризистік температурадан жоғары температурада, қысым қандай болса да, сұйыққа айнала алмайды. Ван-дер-Ваальс изотермасын Эндрюс изотермасымен (92 суреттегі жоғарғы қисық) салыстырсақ, соңғысы заттың екі фазалық күйіне сәйкес келетін 2—6 түзу сызықты бөлікті алатынын көреміз. Кейбір шарттар орындалғанда, ван-дер-ваальстық изотермамен көрсетілген 5—6 және 2—3 бөліктердегі күйлер орындалуы мүмкін. Бұл тұрақсыз күйлер метастабильдік күйлер деп аталады. 2—3 бөлік аса қызған сұйықты көрсетеді, 5—6 аса қаныққан буды көрсетеді. Екі фаза да шектеулі орнықты болып табылады. 90-сурет 91-сурет Жеткілікті төмен температураларда изотерма теріс қысым аймағына қарай, Vm осін кесіп өтеді (92 суреттегі төменгі қисық). Теріс қысымда зат созылу күйінде болады. Кей жағдайларда мұндай күйлер де жүзеге асырылады. Төменгі изотермадағы 8—9 бөлік аса қызған сұйыққа сәйкес келеді, ал 9—10 бөлік - созылған сұйыққа сәйкес келеді. жүктеу/скачать 0,97 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|