dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

1

Wykorzystanie efuzji

• Izotopy uranu
• U

235

– paliwo w reaktorach atomowych

• Niskie stężenie w rudzie 0.72%
• U

238

stanowi przeważający%

• Należy wzbogacić do 2-5%
• Właściwości obu identyczne
• Metoda oparta na różnicy mas

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

2

Paliwo nuklearne

•

235

UF

6

i

238

UF

6

odpowiednio 349 i

352

• Zatem szybkość efuzji różna –

1,0043 razy więcej

• 1400 zbiorników do osiągnięcia

niezbędnego stopnia wzbogacania.

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

3

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

4

Gazy rzeczywiste

• Gazy rzeczywiste wykazują pewne

odstępstwa od praw stanu gazu

doskonałego.

• Odstępstwa te są tym większe, im

gaz rzeczywisty znajduje się pod

wyższym ciśnieniem, a jego

temperatura jest bliska temperatury

skroplenia.

• Z czego wynikają te odstępstwa ?

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

5

Gazy rzeczywiste

• Przede wszystkim cząsteczki nie są

masami punktowymi, lecz mają
określone wymiary.

• Oznacza to, że cząsteczki nie mogą

swobodnie poruszać się w całej
objętości V.

• Wynikiem tego jest zmniejszenie

swobodnej objętości V

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

6

Gazy rzeczywiste

• Drugą przyczyną odchylenia od

zachowania się gazu doskonałego jest
istnienie sił przyciągania między
cząsteczkami.

• Siły takie istnieją w przypadku bardzo

małych odległości między atomami,
cząsteczkami (siły Van der Waalsa).

.

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

7

Oddziaływania

• Gazy doskonałe λ > d
• Średnia droga swobodna > od

odległości maksymalnego
zbliżenia(odległości warunkującej
zderzenia)

• Nie ma udziału energii potencjalnej

w energii całkowitej.

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

8

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

9

Gazy rzeczywiste

• W rzeczywistości wszystkie

cząsteczki oddziałują nawzajem, o
ile tylko znajdą się dostatecznie
blisko siebie.

• Model uwzględniający wyłącznie

energię kinetyczną stanowi tylko
przybliżenie.

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

10

Oddziaływanie

międzycząsteczkowe

• Dwa udziały:
• Przyciągania l~ kilku średnicom
• Odpychania l ~ rzędu średnicy

cząsteczek

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

11

Przyciąganie

• Odpowiada za skraplanie gazu

(odpowiednia temperatura)

• Temperatura niska – taka że

energia kinetyczna jest już
niewystarczająca do pokonania sił
przyciągania

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

12

Odpychanie

• Odpowiada, że ciecze i ciała stałe mają

skończoną objętość

• Odpowiadają za pojawienie się udziału

energii potencjalnej w całkowitej energii.

• Przyciąganie wnosi ujemny wkład

(energia potencjalna ujemna)

• Odpychanie – energia potencjalna

dodatnia

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

13

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

14

Makroskopowy przejaw

oddziaływań

• Wpływ oddziaływań przejawia się

w makroskopowych
właściwościach.

• Kształt izoterm gazów

rzeczywistych odbiega od
przewidzianego prawem Boyle’a
(kiedy p >> 0)  następny

rysunek:

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

15

Gazy rzeczywiste

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

16

Izotermy ditlenku węgla

• W wyższej temperaturze przypominają

izotermy gazu doskonałego

• Izoterma w temp. 20 C występuje

odcinek poziomy co oznacza

możliwość skroplenia przy

zastosowaniu odpowiedniego ciśnienia

• Rozpatrzmy co się dzieje w pkt A, B,C

D, E, F na przedstawionym poprzednio

rysunku.

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

17

Skraplanie

• Od punktu C do E – nie wymagamy

zastosowania zwiększenia ciśnienia

• Od punktu E znaczne zwiększenie

ciśnienia potrzebne do
zmniejszenia objętości

• Faktycznie punkt E odpowiada

odległości cząsteczek w cieczach

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

18

Gazy rzeczywiste

• Siły te maleją ze wzrostem

temperatury, ponieważ jej wzrost
polega na zwiększeniu stopnia
nieuporządkowania wskutek
przypadkowego ruchu cząsteczek,
których prędkość wzrasta wraz ze
wzrostem temperatury.

•

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

19

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

20

Temperatura krytyczna

• Niemożliwe jest skroplenie gazu

na ciecz przez jego sprężenie, o
ile temperatura jest wyższa od
temperatury krytycznej

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

21

Zanik granicy fazowej

• Ogrzewanie cieczy w zamkniętym

zbiorniku

• rośnie gęstość gazu
• Maleje gęstość cieczy
• W temperaturze krytycznej

zanikają dwie fazy

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

22

Stan nadkrytyczny

• Płynna faza o dużej gęstości powstaje , gdy

spręży się gaz w temperaturze wyższej od T

kr

• Nie można uznać za ciecz, gdyż nie tworzy

powierzchni swobodnej oddzielającej od jej

pary.

• Fazy nadkrytyczne stosowane są jako

rozpuszczalniki .

• np.. Nadkrytyczną fazę dwutlenku węgla

ekstrahuje się kofeinę w produkcji kawy

bezkofeinowej. Smak i brak toskyczności.

dr W. Markowski 2005/2006
ZCHF ANALITYKA

23