5672969424

Właściwości i prawa gazów

Zwykle procesy poprzedzające przejście substancji do stanu gazowego są bardzo złożone. Dla substancji prostych (jednoskładnikowych, bez form alotropowych) takich, jak np. woda (H₂0), azot (N₂), metan (CH₄), żelazo (Fe) itp. mechanizm przechodzenia w stan gazowy jest stosunkowo prosty. Poniżej opisano (w uproszczonej formie) procesy przechodzenia substancji jednoskładnikowej w stan gazowy.

Stany skupienia substancji

Obowiązuje hipoteza, że w temperaturze zera absolutnego ruch cząsteczek materii zanika. Każda substancja w zakresie od zera absolutnego do właściwej dla niej temperatury topnienia T,_op (lub krzepnięcia) występuje w fazie stałej (odcinek 0-a, rysunek 2.la). Ogrzewanie (np. przy stałym ciśnieniu), powodujące wzrost temperatury substancji, intensyfikuje ruchy oscylacyjne atomów w komórkach krystalicznych ciała stałego. Gdy lokalnie ruchy te są odpowiednio silne, „pękają” więzy międzykrysta-liczne (topnienie substancji) i tworzy się dwufazowa mieszanina krysta-liczno - amorficzna (bezpostaciowa), w której - w miarę dalszego ogrzewania - stopniowo zanikają struktury krystaliczne, charakterystyczne dla fazy stałej i powstaje ciecz. Podczas topnienia (odcinek a-b, rysunek 2.la) nie wzrasta temperatura (wzrasta objętość), gdyż ciepło Q dostarczane do substancji zużywane jest na przebudowę jej struktury wewnętrznej z postaci krystalicznej w amorficzną (tzw. ciepło topnienia).

Ciecz (odcinek b-c, rysunek 2. la) tworzą swobodnie poruszające się makrocząsteczki (przejściowe struktury wielocząsteczkowe). Przy dalszym ogrzewaniu nasila się rozpad makrocząsteczek płynu o relatywnie słabych wiązaniach międzycząsteczkowych na cząsteczki, których wewnętrzne wiązania międzyatomowe z zasady są bardziej trwałe.

Ogrzewanie fazy ciekłej (powyżej temperatury T,_op) prowadzi do wzrostu ruchliwości cząsteczek płynu i ich energii kinetycznej, co intensyfikuje zrywanie więzów międzycząsteczkowych. Uwolnione w tym procesie cząsteczki (parowanie pęcherzykowe) gromadzą się nad powierzchnią cieczy, tworząc fazę gazową. Stopniowo wzrasta temperatura cieczy i nasila się proces parowania, aż do wystąpienia stanu wrzenia (intensywne parowanie w całej objętości cieczy, odcinek c-d, rysunek 2.la). Mimo ogrzewania, temperatura T_wrz medium dwufazowego ciecz - gaz podczas wrzenia nie zmienia się, aż do całkowitego przejścia substancji w stan gazowy. Obszar gazów wilgotnych (lub par wilgotnych) ogranicza linia o kształcie dzownowym (rysunek 2.Ib), którą punkt krytyczny

Strona 19