Закон Дальтона. Парциальное давление

В случае смеси газов каждый индивидуальный газ оказывает давление не зависящее от присутствия в смеси других газов. Такое давление называют парциальным давлением и соответственно для смеси идеальных газов общее давление смеси равно сумме парциальных давлений всех газов (закон Дальтона).

р = р₁ + р₂ + р₃ + …

При переходе к реальным газам законы, выведенные для идеальных газов, можно применять только в условиях близких к нормальным (1 атм, 0 ^оС). При повышении давления и понижении температуры отличия возрастают, что не позволяет применять их для описания реальных процессов. При этом газы можно разделить на две группы. Для таких трудно сжижаемых газов как водород, гелий, неон, а также азот, аргон, кислород, метан и других газов, температуры кипения которых близки к температуре кипения жидкого воздуха, отличия даже при давлении 50 атм не превышают 5%. Наоборот, для легко конденсирующихся газов: диоксид углерод, диоксид серы, хлор, хлористый метил отклонения даже при комнатных условиях достигают 2-3%.

5.3 Закон Бойля-Мариотта. Сжижение газов. Критические давление, температура, объем

Для идеальных газов р·v = соnst, то есть повышение давления приводит к прямо пропорциональному уменьшению объема. Действительно для газов, особенно для трудно сжижаемых, при небольших давлениях зависимость носит линейный характер. Например, для азота до 12 атм. При дальнейшем повышении давления зависимость носит экспотенциальный характер и при определенном давлении начинается конденсация газа в жидкость. В 1860 году Д.И. Менделеев показал, что для превращения газа в жидкость температура не должна быть для каждого газа выше некоторой критической. Эту температуру он назвал температурой абсолютного кипения жидкости и показал, что выше этой температуры вещество не может находится в жидком состоянии[2].

2. Краткий курс физической химии. В.А. Киреев. М. Химия. 178 г. с-620. Стр.10.

Рассмотрим данный вопрос на примере анализа изотерм диоксида углерода (рисунок 2).

Рисунок … Изотермы р от v для СО₂.

Из рисунка 2 видно, что конденсации газа соответствует линейный участок, который начинается в точках С и завершается конденсация в точках В. Так как жидкость практически несжимаема дальнейшее увеличение давления почти не уменьшает объем жидкости. В точке К точки С и В совпадают, то есть можно считать, что вещество существует одновременно в газообразном и жидком состояниях. На изотермах выше точки К участки конденсации отсутствуют, то есть превращение газа в жидкость не происходит. Точка К называется критической и она характеризуется определенными значениями критических значений: температуры (t_к), давления (р_к) и объема (v_к). Например, для СО₂это соответственно значения: 31,0 ⁰С, 72,9 бар и 94,0 см³/моль.

Холодильные машины, принцип действия которых основан на взаимных фазовых переходах газ↔жидкость, могут призводить холод при значениях параметров ниже критических.

Уравнение Клапейрона-Менделеева

Для описания состояния идеального газа на практике также широко применяется уравнение Клапейрона-Менделеева

РV = nRТ. (2)

Уравнение Ван-дер-Ваальса

Одним из наиболее ранних и изученных уравнений состояния реальных газов является уравнение Ван-дер-Ваальса

(3)

где, - поправка, учитывающая взаимное притяжение молекул, которое действует как некое давление,

- поправка, учитывающая объем молекул и взаимное отталкивание между ними при малых растояниях.

На практике могут применяться другие подходы для описания свойств реальных газов. Это применение коэффициента сжимаемости, уравнения Тафта и др.

ЛЕКЦИЯ 2

«Хладагенты органического происхождения»

Обозначение хладагентов

В качестве хладагентоворганического происхождения могут быть использованы первые представители предельных, непредельных и циклических углеводородов, их кислород-, галоген- и азотсодержащие производные, а также другие классы органических соединений, обладающие необходимыми теплофизическими свойствами.

В соответствии с ИСО 817-74 принята следующая номенклатура:

За основу классификации взяты первые четыре представителя предельных углеводородов, которые обозначили условными цифрами:

CH₄– 1, C₂H₆– 11, C₃H₈ – 21, C₄H₁₀– 31.

Вначале записывается буква R, далее к условной цифре прибавляется число атомов водорода в молекуле хладагента и затем пишется цифра «0», указывающая на отсутствие фтора. Приведем названия соответствующих хладагентов:

CH₄, метан, R(1+4)+0→ R50;

C₂H₆, этан, R(11+6)+0→R170;

С₃H₈, пропан, R(21 + 8) + 0→R290.

Для двух изомеров бутана применяются следующие названия:

С₄H₁₀, бутан → R600 и изобутан → R600а.

При наличии фтора, вместо цифры «0» пишется число атомов фтора в молекуле. Например,

CHF₃, трифтор метан → R23.

Количество атомов хлора не указывается, так как их число определяется по числу оставшихся свободных химических связей. Углерод в органических соединения 4-х валентен. Например,

CHFCl₂, фтордихлорметан → R21.

Для хладагентов, содержащих бром, добавляют в названии букву «В» и цифру указывающую на количество брома. Например: CF₃Br, трифторбромметан → R13B1. Допускается второй вариант названия. Например, для R13B1 второе название будет Н1301. То есть вместо буквы R пишется буква Н, за которой следуют цифры: первая указывает на метановый ряд, вторая ─ число атомов фтора, третья ─ число атомов хлора, четвертая ─ число атомов брома.

Циклические соединения обозначаются – RC. Например:

В случае непредельных соединений вначале цифрового обозначения добавляется цифра 1 до тысяч. Например:

CH₂=CH₂, этилен → R1150;

CH₂=CH–CH₃, пропилен → R1270;
CH₂=CH–CH₂–CH₃, бутен(бутилен) → R1390;
ClCH=CHCl, 1,2-дихлорэтилен → R1130.

Для изомеров с ассимметричным строением добавляются буквы:

«а», «б», «в» и т.д. Например:

CH₂F–CH₂F, 1,2-дифторэтан → R152;

CHF₂–CH₃, 1,1-дифторэтан → R152а.

Несмотря на то, что изомеры имеют одинаковый состав, но в холодильной технике могут быть не взаимозаменяемы, так как часто существенно различаются по теплофизическим свойствам. Например: R152 - неполярное соединение с температурой кипения … ⁰С, а R152а, вследствие несимметричности молекулы, - полярное соединение со значительно более высокой температурой кипения равной …⁰С.

Для кислород- и азотсодержащих соединений применяются следующие названия:

CH₃NH₂, метиламин → R630;

C₂H₅NH₂, этиламин → R631;

C₂H₅ОC₂H₅, диэтиловый эфир → Е610;

CH₃ОCH₃, диметиловый эфир→ E170;

HCООCH₃, метилформиат → Е611;

СНF2ОСF3, пентафторэтановый эфир → Е125 и др навания.

Для смесевых хладагентов применяются следующие названия:

1) Зеотропным или раздельно кипящим присвоена серия R400. Например:

R401А (R22-53%, R152 – 13%, R124 – 34%);

R401В (R22-61%, R152 – 11%, R124 – 28%) и т.д.

2) Азеотропным или нераздельно кипящим смесям присвоена серия R500. Например:

R500 (R12-73,8%, R152а-26,2%);

R501 (R22-75%, R12-25%) и т.д.

Каждая фирма-производитель хладагентов выпускает в продажу свою продукцию под собственным наименованием, например:

R407C может поступать на рынок под марками FORANE®407C, SUVA®9000, MackFri-07C и т.д.