ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Реальные газы из "Общая химия" Нетрудно понять, почему поправка для давления газа, определяемая уравнением (9.20), находится в обратно пропорциональной зависимости от квадрата объема. В разд. 8.6 было указано, что вандерваальсовы силы изменяются обратно пропорционально шестой степени расстояния г между атомами или молекулами. Другими словами, вандерваальсовы силы убывают пропорционально 1/г. Теперь следует принять во внимание, что объем сферы пропорционален кубу ее радиуса, т.е. Кг а следовательно, У Таким образом, поправочный член в уравнении (9.20) позволяет учесть взаимное притяжение молекул, обусловленное вандерваальсовыми силами. Чем больше объем конкретного образца газа, тем меньше эти силы притяжения. Приведенная интерпретация поправочного члена в уравнении (9.20), к сожалению, не позволяет определить его численное значение, которое приходится подбирать так, чтобы вычисленные с помощью этого уравнения давления как можно лучше соответствовали экспериментально наблюдаемым. [c.160] Полученное уравнение называется уравнением Ван-дер-Ваальса. При надлежащих значениях постоянных аиЬ оно позволяет дать более правильное описание зависимости между объемом и давлением газа. При использовании простого уравнения состояния (9.10), не учитывающего этих поправок, при высоких давлениях наблюдаются серьезные отклонения от реального поведения газов. Существуют и другие уравнения состояния реальных газов, предложенные для учета их отклонений от свойств реальных газов (например, уравнения Диетеричи, Бертло, Бриджмена), однако наибольшее распространение получило уравнение Ван-дер-Ваальса. [c.160] Экспериментально установленное давление моля азота при указанных условиях оказывается равным 30,78 атм. Таким образом, мы убеждаемся, что уравнение Ван-дер-Ваальса, учитывающее межмолекулярное взаимодействие и собственный объем молекул азота, правильнее предсказывает давление этого газа при указанных условиях, чем уравнение состояния идеального газа. Однако ни уравнение Ван-дер-Ваальса, ни другие уравнения состояния реальных газов, выведенные с целью учета отклонений свойств газов от идеальных, не позволяют сделать это достаточно точно при любых давлениях. [c.161] Отклонения свойств газов от идеальных позволили установить сушествование в некоторых газах димерных ( сдвоенных ) молекул. Например, пары брома при температурах, близких к комнатной, и при давлении 0,2 атм обнаруживают очень сильное отклонение от свойств, предсказываемых уравнением состояния идеального газа и даже уравнением Ван-дер-Ваальса. Исследование химического строения паров брома с помощью ультрафиолетовой спектроскопии показало, однако, что в них содержатся молекулы (Вг2)г. При нагревании до 200°С в парах брома остаются только обычные молекулы Brj и свойства паров брома при этой температуре ничем не отличаются от типичных свойств реальных газов. Димерные молекулы образуются при достаточно низких температурах и в других газах, например, молекулы (Н ) появляются при 30 К, а Afj, X j, (N2)2 и (0 )2 приблизительно при 80 К и давлении 200 мм рт. ст. [c.161] Хорошо известно, что сжатый газ охлаждается при расширении — например, воздух, выходящий из велосипедной камеры, в теплый день может показаться даже освежающим. Джоуль и Томсон (лорд Кельвин) проводили тщательные измерения изменения температуры газов при их расширении в теплоизолированной камере. Схема подобного опыта изображена на рис. 9.12, где показано, что газ расширяется, переходя из левой камеры в правую через пористую перегородку. Эти исследования показали, что большинство газов охлаждаются гораздо больше, чем этого можно было ожидать по степени их расширения. Для характеристики этого свойства газов используется коэффициент Джоуля — Томсона ц, представляющий собой отношение изменения температуры газа к изменению его давления при условии, что в процессе этого изменения не происходит теплообмена газа с окружающей средой. Значения коэффициента Джоуля—Томсона установлены для многих газов. Например, для СО2 при комнатной температуре и давлении 1 атм коэффициент ц равен приблизительно 1,ГС/атм. Для большинства газов коэффициент ц имеет положительное значение, однако для водорода при температурах вьппе — 80°С он отрицателен, а это означает, что при расширении газа происходит его нагревание. Температура, при которой коэффициент ц для данного реального газа становится равным нулю, называется температурой инверсии этого газа. Для идеального газа ц = О при любых температурах. Таким образом, коэффициент Джоуля—Томсона является мерой отклонения реального газа от идеального поведения, если судить по зависимости его охлаждения от расширения. [c.162] Вернуться к основной статье