Сжижение газов

Чтобы произошло сжижение газа, силы притяжения между молекулами должны стать достаточными для их связывания в жидкость. Силы притяжения становятся значительными только при малых расстояниях между молекулами. Этому условию благоприятствует высокое давление. Действию сил притяжения препятствует движение молекул, происходящее тем быстрее (с большей кинетической энергией), чем выше температура. Поэтому сжижению газов благоприятствует понижение температуры.

Сжижение газа осуществляется тем труднее, чем выше его температура, так как при более высокой температуре требуется и более высокое давление, чтобы сжижить газ (табл. 3.4). Выше определенной температуры газ вообще не поддается сжижению. Эта температура называется критической и обозначается Тс. Минимальное давление, необходимое для сжижения газа при его критической температуре, называется критическим давлением и обозначается рс. Объем, занимаемый одним молем газа при его критических температуре и давлении, называется критическим объемом и обозначается Vc. Значения Тс, рс и Vc для каждого газа называются его критическими постоянными. В табл. 3.5 приведены значения критических постоянных для некоторых газов.

Таблица 3.4. Давления, необходимые для сжижения CO2 при разных температурах

В 1863 г., изучая соотношение между давлением и объемом определенной массы диоксида углерода при различных температурах, Томас Эндрюс получил ряд изотерм (графиков зависимости между давлением и объемом при постоянной температуре), названных изотермами Эндрюса (рис. 3.11). Изотерма для CO2 при 321 К показывает, что этот газ при такой температуре не сжижается ни при каком давлении или объеме. Дело в том, что температура 321 К выше критической температуры для CO2, равной 304 К. Изотерма, соответствующая критической температуре, называется критической изотермой. Точка P на этой изотерме соответствует газу при его критических значениях температуры, давления и объема. В условиях, соответствующих этой точке, газ находится в своем критическом состоянии. На рис. 3.11 показаны две изотермы CO2 при температурах ниже критической. Рассмотрим ту из них, которая отвечает температуре 286 К.

 

Рис. 3.11. Изотермы Эндрюса для CO2.

Перемещение вдоль этой изотермы от точки А к точке В соответствует сжатию газа при возрастании давления. Между точками В и С происходит большое изменение объема, которое не сопровождается изменением давления. Этот процесс соответствует сжижению газа при указанной температуре. Между точками С и D возрастание давления приводит к небольшому изменению объема. Сжимаемость жидкостей очень мала по сравнению со сжимаемостью газов.

Оглавление: