Критичний стан речовини
Подібність властивостей ненасичених парів і газів наштовхнуло М. Фарадея на припущення: чи не є гази ненасиченими парами відповідних рідин? Якщо припущення вірне, то можна спробувати зробити їх насиченими і скондесувати. Дійсно, стисненням вдалося зробити насиченими багато гази, крім шести, які М. Фарадей назвав “постійними”: це азот, водень, повітря, гелій, кисень, оксид вуглецю CO.
Щоб зрозуміти, в чому тут справа, вивчимо докладніше ізотермічний процес стиснення (розширення) пари. Ми бачили, що ізотерма реального газу відрізняється від ізотерми ідеального газу наявністю горизонтальної ділянки, відповідного області існування двухфазной системи: насиченої пари і рідини.
Отже, довжина прямолінійної ділянки ізотерми із зростанням температури зменшується.
Це легко пояснити: з ростом Т тиск насиченої пари швидко наростає, і для того, щоб тиск ненасиченого пара зрівнялося з тиском насиченої, необхідно зменшення обсягу. Причина збільшення обсягу – в тепловому розширенні рідини при нагріванні. Так як обсяг зменшується, то щільність парів при збільшенні температури збільшується; збільшення обсягу свідчить про зменшення щільності рідини. Це означає, що відмінність між рідиною і її насиченою парою в процесі такого нагрівання згладжується і при досить високій температурі повинно зникнути зовсім.
Д. Менделєєв встановив, що для кожної рідини повинна існувати така температура, яка експериментально вперше була встановлена для багатьох речовин Т. Ендрюсом і носить назву критичної температури.
Тиск насиченої пари якої-небудь речовини при його критичній температурі називається критичним тиском. Воно є найбільшим можливим тиском насичених парів речовини.
Об’єм, який займає речовина при і, називається критичним об’ємом. Це найбільший обсяг, який може займати наявна маса речовини в рідкому стані.
При критичній температурі відмінність між газом і рідиною зникає, і тому питома теплота пароутворення стає рівною нулю.
Сукупність точок, відповідних краях горизонтальної ділянки ізотерм (див. Рис. 1), виділяє в площині pV області існування двухфазной системи і відокремлює її від областей однофазних станів речовини. Прикордонна крива області двофазних станів з боку великих значень обсягу описує стан насиченої пари і одночасно представляє собою криву конденсації (починається конденсація пари при ізотермічному стисканні). Прикордонна крива з боку менших обсягів являє собою криву, на якій закінчується конденсація при стисненні насиченої пари і починається випаровування рідини при ізотермічному розширенні. Її називають кривою випаровування.
Існування критичної температури речовини пояснює, чому при звичайних температурах одні речовини можуть бути як рідкими, так і газоподібними, а інші залишаються газами.
Вище критичної температури рідина не утворюється навіть при дуже високому тиску.
Причина полягає в тому, що тут інтенсивність теплового руху молекул виявляється настільки великий, що навіть при відносно щільною їх упаковці, викликаної великим тиском, молекулярні сили не можуть забезпечити створення навіть ближнього, а тим більше далекого порядку.
Таким чином, видно, що принципової різниці між газом і парою немає. Зазвичай газом називають речовину в газоподібному стані, коли його температура вище критичної. Пором називають також речовина в газоподібному стані, але коли його температура нижче критичної. Пар можна перевести в рідину одним тільки збільшенням тиску, а газ не можна.
В даний час всі гази переведені в рідкий стан при дуже низьких температурах. Останнім у 1908 переведений гелій (= -269 ° С).
(2 votes, average: 2.50 out of 5)