實際氣體

在研究气体时,现实情况下气体分子间的相互作用力不能忽略时,气体状态方程则会偏离与压力,密度和温度的线性关系,在应用理想气体的理论时会引起一定的偏差。与理想气体相对,称为实际气体真實氣體

模型

实际气体的等温线

深蓝线 – 临界温度以下的等温线
绿色区域 – 亚稳态

F点左侧区域 – 普通液体
点F – 沸点
线段FG – 液气平衡
FA区域 – 过热液体
CG区域– 过冷气体
点G – 露点
G点右侧区域 – 普通气体

红线 – 临界等温线
点K – 临界点

浅蓝线 – 超临界等温线

范德华(van der Waals)模型

对于上式,a是同分子引力有关的常数,b是同分子自身体积有关的常数,统称为范德华常数,Vm为气体的摩尔体积,p是气体的压强,V是气体的体积,T为热力学温度,R=8.314J·mol-1·K-1

雷德利希-邝氏(Redlich–Kwong)模型

雷德利希-邝氏方程是另一个实际气体二元方程。比 范德华方程更精确,同时比大多数多元实际气体方程精确。

  • 为常数,用于修正分子间引力;
  • 为常数,用于修正体积。

注意这里的常数a,b与范德华方程中的不同。

贝特罗(Berthelot)模型

贝特罗方程[1]极少使用。

修正式更为精确:

狄特里奇(Dieterici)模型

狄特里奇方程近年来亦很少使用。 .

克劳修斯模型(Clausius)

克劳修斯方程是非常简洁的三元实际气体方程。

其中


维里(Virial) 模型

维里方程

其中 A, B, C, A, B, C 是温度依赖常数。

彭-罗宾逊(Peng–Robinson)[2] 模型

Wohl 模型

其中

.

Beattie–Bridgman 模型

其中

这个方程在密度0.8 ρcr以下时较为精确, 其中 ρcr是物质的临界点密度。 方程中的常数如下表所列: P的单位是kPa, V的单位是, R=8.314[3]

气体A0aB0bc
空气131.84410.019310.04611-0.0011014.34×10^4
氩气, Ar130.78020.023280.039310.05.99×10^4
二氧化碳, CO2507.28360.071320.104760.072356.60×10^5
氦气, He2.18860.059840.014000.040
氢气, H220.0117-0.005060.02096-0.04359504
氮气, N2136.23150.026170.05046-0.006914.20×10^4
氧气, O2151.08570.025620.046240.0042084.80×10^4

Benedict–Webb–Rubin 模型

BWR方程

其中d是摩尔密度; a, b, c, A, B, C, α, γ 是经验常数。

常见气体之范德华常数表

气体a/m6·Pa·mol-2b/m3·mol-1
He3.44×10-32.37×10-5
H22.47×10-22.66×10-5
NO1.35×10-12.79×10-5
O21.38×10-13.18×10-5
N21.41×10-13.91×10-5
CO1.51×10-13.99×10-5
CH42.28×10-14.28×10-5
CO23.64×10-14.37×10-5
NCl3.72×10-14.27×10-5
NH34.22×10-13.71×10-5
C2H24.45×10-15.14×10-5
C2H44.53×10-15.71×10-5
NO25.35×10-14.42×10-5
H2O5.53×10-13.05×10-5
C2H65.56×10-16.38×10-5
Cl26.57×10-15.62×10-5
SO26.80×10-15.64×10-5
C6H61.821.154×10-4

参看

參考資料

  1. D. Berthelot in Travaux et Mémoires du Bureau international des Poids et Mesures – Tome XIII (Paris: Gauthier-Villars, 1907)
  2. Peng, D. Y., and Robinson, D. B. (1976). "A New Two-Constant Equation of State". Industrial and Engineering Chemistry: Fundamentals 15: 59–64. doi:10.1021/i160057a011.
  3. Gordan J. Van Wylen and Richard E. Sonntage, Fundamental of Classical Thermodynamics, 3rd ed, New York, John Wiley & Sons, 1986 P46 table 3.3
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