Критическое состояние вещества

Как было отмечено выше, в критическом состоянии нет различия между жидкостью и газом, нет границы раздела между этими фазами. На диаграмме Ван-дер-Ваальса критическое состояние вещества изображается точкой перегиба К. Критическое состояние можно описать при помощи критических параметров состояния: критической температуры Т_к, критического объёма V_к и критического давления Р_к . Критические параметры можно выразить через поправки на давление и объём. Поскольку критическая точка – точка перегиба изотермы Ван-дер-Ваальса, то в этой точке первая и вторая производные от давления по объёму должны быть равны нулю. Поскольку состояние реального газа описывается уравнением Ван-дер-Ваальса, то первая производная определяется формулой:

(5.5)

Вторая производная: .

Приведём к общему знаменателю обе формулы и их числители приравняем нулю, получим: .

Преобразуем эту систему к уравнению: . Поделим обе части этого уравнения на и получим:

(5.6)

На практике обычно . Для выражения критической температуры через поправки на объём и давление, воспользуемся формулой (5.5)и получим . Подставим в эту формулу вместо критического объёма правую часть равенства (5.6) и получим:

(5.7)

Следует обратить внимание на то, что критическая температура вещества не равна температуре кипения. Так температура кипения воды 373,15 К, а критическая температура 647,25 К. Ниже приведены критические температуры некоторых веществ.

Критическое давление найдём, подставив в уравнение критический объём и критическую температуру, выраженные через поправки Ван-дер-Ваальса, получим:

(5.8)

Следует отметить, что для одного моля идеального газа справедливо равенство . Поскольку в критическом состоянии газ нельзя считать идеальным, то приведённое выше равенство не выполняется, а справедливо следующее равенство:

(5.9)

При критических параметрах парообразное и жидкое состояния неразличимы. Однако, если при критической температуре , вещество находится в газообразном состоянии, а при - в жидком. Критические параметры обычно определяют экспериментально и по ним рассчитывают поправки Ван-дер-Ваальса.

Дата добавления: 2015-07-14