Viriálová stavová rovnice 1 + s.1

Podobné dokumenty
Opakování: Standardní stav þ ÿ

Stavové chování kapalin a plynů II. 12. března 2010

Termochemie { práce. Práce: W = s F nebo W = F ds. Objemová práce (p vn = vnìj¹í tlak): W = p vn dv. Vratný dìj: p = p vn (ze stavové rovnice) W =

Stanislav Labík. Ústav fyzikální chemie V CHT Praha budova A, 3. patro u zadního vchodu, místnost

Rovnováha kapalina{pára u binárních systémù

Klasická termodynamika (aneb pøehled FCH I)

Stavové rovnice. v = (zobecnìný) vylouèený objem. plyn + kapalina

6. Stavy hmoty - Plyny

Fázová rozhraní a mezifázová energie

Do známky zkoušky rovnocenným podílem započítávají získané body ze zápočtového testu.

Plyn. 11 plynných prvků. Vzácné plyny. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Diatomické plynné prvky H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2

Chemická kinetika. Reakce 1. řádu rychlost přímo úměrná koncentraci složky

Fázová rozhraní a mezifázová energie

Stavové chování plynů a kapalin

Fyzikální chemie. Magda Škvorová KFCH CN463 tel února 2013

Termomechanika 8. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

MAGISTERSKÝ VÝBĚR úloh ze sbírek

Tepelná vodivost. střední rychlost. T 1 > T 2 z. teplo přenesené za čas dt: T 1 T 2. tepelný tok střední volná dráha. součinitel tepelné vodivosti

Plyn. 11 plynných prvků. Vzácné plyny He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Diatomické plynné prvky H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2

PROCESY V TECHNICE BUDOV 8

Úvodní info. Studium

Potenciální energie atom{atom

2.4 Stavové chování směsí plynů Ideální směs Ideální směs reálných plynů Stavové rovnice pro plynné směsi

Aplikovaná fyzikální chemie. Magda Škvorová KFCH CN463 tel. 3302

Plyn. 11 plynných prvků. Vzácné plyny. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Diatomické plynné prvky H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2

Stavové chování kapalin a plynů. 4. března 2010

9. Struktura a vlastnosti plynů

Neideální plyny. Z e dr dr dr. Integrace přes hybnosti. Neideální chování

Statistická termodynamika (mechanika)

Mol. fyz. a termodynamika

Matematika II Urèitý integrál

Statistická termodynamika (mechanika)

Cvičení z termodynamiky a statistické fyziky

5.7 Vlhkost vzduchu Absolutní vlhkost Poměrná vlhkost Rosný bod Složení vzduchu Měření vlhkosti vzduchu

Kapaliny Molekulové vdw síly, vodíkové můstky

Matematika I Ètvercové matice - determinanty

Skupenské stavy látek

Jméno: P íjmení: Datum: 17. ledna 2018 Nechci zápo et p i hodnocení niº²ím neº (nezávazné): vadí mi vystavení mého hodnocení na internetu.

Osnova pro předmět Fyzikální chemie II magisterský kurz

Termomechanika 6. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Cvièení { 2D Clausiova-Clapeyronova rovnice

Popis stavového chování plynů

Kapaliny Molekulové vdw síly, vodíkové můstky

Aproximace funkcí. Chceme þvzoreèekÿ. Známe: celý prùbìh funkce

Nultá věta termodynamická

Termodynamika 2. UJOP Hostivař 2014

Kapaliny Molekulové vdw síly, vodíkové můstky

Pravdìpodobnostní popis

Brownovská (stochastická) dynamika, disipativní èásticová dynamika = MD + náhodné síly. i = 1,..., N. r i. U = i<j. u(r ij ) du(r ji ) r ji

Adsorpce. molekulární adsorpce: (g) (s), (l) (s)/(l),... iontová adsorpce Paneth{Fajans výmìnná iontová adsorpce, protionty v aluminosilikátech

Fluktuace termodynamických veličin

Statistická termodynamika (mechanika) Makroskopické velièiny jsou výsledkem zprùmìrovaného chování mnoha èástic

Fázové rovnováhy I. Phase change cooling vest $ with Free Shipping. PCM phase change materials

Termodynamika. Vnitøní energie. Malá zmìna této velièiny je

III. STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ

Úvodní info. Studium

Cvičení z NOFY / Termodynamika. 1 Cvičení Totální diferenciál. 1.1 Totální diferenciál Teplota a tlak pro ideální plyn

Zákony ideálního plynu

Elektrické jevy na membránách

Fáze a fázové přechody

Motivace: Poissonova rovnice

Numerické řešení 2D stlačitelného proudění s kondenzací. Michal Seifert

Tento dokument je doplňkem opory pro studenty Přírodovědecké fakulty Univerzity Jana Evangelisty Purkyně.

Základem molekulové fyziky je kinetická teorie látek. Vychází ze tří pouček:

FyzChem_kap1_3. (inovovaný prozatímní učební text, srpen 2012)

Termodynamika. T [K ]=t [ 0 C] 273,15 T [ K ]= t [ 0 C] termodynamická teplota: Stavy hmoty. jednotka: 1 K (kelvin) = 1/273,16 část termodynamické

h nadmořská výška [m]

Rovnováha Tepelná - T všude stejná

Adsorpce. molekulární adsorpce: (g) (s), (l) (s)/(l),... iontová adsorpce Paneth Fajans. výměnná iontová adsorpce, protionty v aluminosilikátech

FYZIKÁLNÍ CHEMIE I: 1. ČÁST KCH/P401

Kontrolní otázky k 1. přednášce z TM

Jednosložkové soustavy

Matematika II Aplikace derivací

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŢENÝRSTVÍ cvičení 12

Chemie - cvičení 2 - příklady

PLYNNÉ LÁTKY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Termika - 2. ročník

Fázové rozhraní - plocha,na které se vlastnosti systému mění skokem ; fáze o určité tloušťce

d T FP = fázový přechod (tání, tuhnutí, vypařování, kapalnění, sublimace)

Fázová rozhraní a mezifázová energie

Skupenské stavy. Kapalina Částečně neuspořádané Volný pohyb částic nebo skupin částic Částice blíže u sebe

Matematika II Extrémy funkcí více promìnných

Teplota a její měření

Mezimolekulové interakce

Sbírka příkladů a úloh z fyzikální chemie

Příloha-výpočet motoru

Ideální plyn. Stavová rovnice Děje v ideálním plynu Práce plynu, Kruhový děj, Tepelné motory

Autor by chtìl podìkovat všem svým spolupracovníkùm a kolegùm, kteøí mu pomohli s pøípravou textu. K vydání knihy pøispìla firma Newport Electronics s

Fyzikální učebna vybavená audiovizuální technikou, interaktivní tabule, fyzikální pomůcky

Transportní jevy. J = konst F


Termomechanika 9. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

a) Jaká je hodnota polytropického exponentu? ( 1,5257 )

IV. Fázové rovnováhy. 4. Fázové rovnováhy Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze

III. STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ

5 Základy termodynamiky

V xv x V V E x. V nv n V nv x. S x S x S R x x x x S E x. ln ln

Sbírka příkladů a úloh z fyzikální chemie

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2017 Studijní program: Fyzika Studijní obory: FFUM

VLASTNOSTI KAPALIN. Část 2. Literatura : Otakar Maštovský; HYDROMECHANIKA Jaromír Noskijevič; MECHANIKA TEKUTIN František Šob; HYDROMECHANIKA

Transkript:

Viriálová stavová rovnice 1 + s.1 (Mírnì nestandardní odvození Prùmìrná energie molekul okolo vybrané molekuly (β = 1/(k B T : 0 u(r e βu(r 4πr 2 dr Energie souboru N molekul: U = f 2 k B T + N 2 2V Tlak dostaneme z (z = pv/(nrt ( U V. trocha matematiky. T = T ( p T V 0 u(r e βu(r 4πr 2 dr p = Nk B T 2 V ( z T V

Viriálová stavová rovnice 2 s.2 z = pv m RT = 1 + B V m + C V 2 m +... druhý viriálový koecient B = N A 2π 0 f(rr2 dr f(r = e u(r/(k B T 1 rozmìr: [B] = m 3 mol 1 3 3 3 2 2 2 E/E min 1 e 1 f 1 0 0 0-1 1 2 3 r/r min -1 0 1 2 3 r/r min -1 0 1 2 3 r/r min Debyeova pesimistická poznámka: B diverguje pro plazma. Hückelùv optimistický dodatek: ale stejnì to spoèítáme!

Druhý viriálový koecient s.3 Boyleova teplota: B(T B = 0

Viriálová stavová rovnice 3 s.4 z = pv m RT = 1 + B V m + C V 2 m + B = dvojice molekul, C = trojice molekul... Abychom neøe¹ili kvadratickou (èi vy¹¹í rovnici, máme tlakový rozvoj: z = pv m RT = 1 + p RT kde B = B, C = (C B 2 /(RT,... ( B + C p + volíme ten jednodu¹¹í { stejnì máme chybu vy¹¹ího øádu Pou¾ití: nepøíli¹ stlaèené plyny, zlep¹uje se za vy¹¹ích teplot Vy¹¹í koecienty experimentálnì ¹patnì dostupné (výpoèet taky nic moc Pøíklad: Hustota plynného CO 2 1.6975 g dm 3. Vypoètìte B. za teploty 40 C a tlaku 100 kpa je 110 cm 3 mol 1

Van der Waalsova stavová rovnice s.5 kriticky bod Mezimolekulové síly: pøita¾livé odpudivé p nasycena kapalina kapalina + para v rovnovaze nasycena para (g pv m = RT ( p + a V 2 m (V m b = RT (l (l+(g 0 0 V

Van der Waalsova stavová rovnice a B s.6 p = RT V m b a Vm 2 z = pv m RT = V m V m b a/(rt V m = 1 a/(rt 1 b/v m V m 1 + b V m a V m RT B = b a RT (tím je zároveò ovìøeno, ¾e èlen s a musí být dìlen V 2 m

Stavová rovnice a rovnováha kapalina{pára [vdw/vdw.sh] s.7 µ (l = µ (g µ G m dg = SdT + V dp nevhodné, nemám V = V (p, T df = SdT p dv & G = F + pv Izoterma [T ]: F = V (g V (l Z p = p (l = p (g plyne: G = F + (pv! = 0 = V (g p dv V (l p dv + p(v (g V (l p 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 (l V V c ~ (T T c β, β=0.325 (ne 0.5 stejne nestabilni izoterma metastabilni izoterma binodala (l+(g 0 0 2 4 6 8 V (g stabilni izoterma spinodala plochy nad a pod køivkou jsou stejné ukázka vdw/vdw.sh: teplota se ovládá c/c

Kontinuita kapalného a plynného stavu s.8

Stavová rovnice a kritický bod [vdw/vdw.sh] s.9 ( p V m T = 0 ( 2 p Vm 2 T = 0 V mc = 3b T c = 8 27R a b p c = Opaèná úloha: výpoèet a, b z experimentálních dat. Volím p c, T c (V c se ¹patnì mìøí V mc vyjde (nepøesnì: a = 27 R 2 Tc 2 64 p c b = 1 RT c 8 z c = p cv mc RT c = 3 8 = 0.375 Bì¾né plyny: z c 0.28, 0.3, voda 0.23 p c a 27b 2

Redlichova-Kwongova rovnice s.10 Podobnì: numericky: a = Kompresibilitní faktor: p = 1 9(2 1/3 1 RT V m b a = 0.42748 R2 Tc 5/2 p c a T 1/2 V m (V m + b R 2 Tc 5/2 b = 21/3 1 p c 3 b = 0.08664 RT c p c RT c p c z c = 1 3 lepší!

Benedictova-Webbova-Rubinova (BWR rovnice s.11 z = pv m RT = 1 + + c RT 3 V 2 m ( B 0 A 0 RT C 0 RT 3 ( 1 + γ V 2 m exp 1 Osm konstant: A 0, B 0, C 0, a, b, c, α, γ ( V m + γ V 2 m ( b a RT 1 V 2 m + αa RT V 5 m

Srovnání stavových rovnic ideální plyn: do 100 kpa, hor¹í okolo teploty varu (kondenzace = vliv pøita¾livých sil viriálová: ni¾¹í tlaky (do max. 1 MPa van der Waals: nepøesná { didaktický a historický význam s.12 Redlich-Kwong: z dvoukonstantových jedna z nejlep¹ích (2{5 % pro plyn vícekonstantové: pøesnìj¹í, nìkdy i pro kapalinu (pokud jsou data

Teorém korespondujících stavù Dvoukonstantový: a, b p c, T c ; vdw rovnice: Dosadíme z = pv m RT = a = 27 64 denujeme (NO=Nelson a Obert V m V m b R 2 T 2 c p c b = 1 8 a RT V m RT c p c s.13 a redukované velièiny a dostaneme V NO c = RT c p c T r = T T c p r = p p c V NO r z = p rvr NO = T r 8 8 1/V NO r = V m V NO c 27 64 [ 1 T r V NO r V r = V m V c ]

Teorém korespondujících stavù (dvoukonstantový s.14 Mají-li dvì látky, a» u¾ v plynném nebo v kapalném stavu, stejnou redukovanou teplotu a redukovaný tlak, mají i stejný redukovaný objem (Vr NO nebo V r = V V c. Mají-li látky stejnou redukovanou teplotu a redukovaný tlak (nebo redukovanou teplotu a redukovaný objem, mají i stejný kompresibilitní faktor. Dobøe funguje jen pro pøíbuzné látky

Generalizovaný diagram Nelsona a Oberta s.15

Smìsi s.16 parciální tlak denujeme jako p i = x i p Daltonùv zákon (aditivita tlakù pøi [T, V ] p(t, V, n 1, n 2,... = p 1 (T, V, n 1 + p 2 (T, V, n 2 +... Ale p i p i (T, V, n i Neplatí pøíli¹ pøesnì. Pro kapaliny nepou¾itelný. Amagatùv zákon (aditivita objemù pøi [T, p], ideální smìs V (T, p, n 1, n 2,... = V 1 (T, p, n 1 + V 2 (T, p, n 2 +... Lep¹í aproximace ne¾ Daltonùv zákon. Pøibli¾nì i pro kapaliny. Dùsledek: z = k i=1 x i z i [T, p]

Viriálová rovnice pro smìsi s.17 B = ij x i x j B ij = B 11 x 2 1 + 2B 12x 1 x 2 + B 22 x 2 2 B 12 = N A 2π 0 f 12(rr 2 dr f 12 (r = e u 12(r/(k B T 1 Amagat (z tlakového rozvoje: i x i pv im RT = i x i 1 + i To je ekvivalentní B ij = (B i + B j /2 x i p RT B ii B = i x i B ii

Rovnice van der Waalsova typu pro smìsi s.18 Obecnì (smì¹ovací pravidla: a = a 11 x 2 1 + 2a 12x 1 x 2 + a 22 x 2 2 b = b 11 x 2 1 + 2b 12x 1 x 2 + b 22 x 2 2 Vylouèené objemy se sèítají, b 12 = (b 1 + b 2 /2 (kombinaèní pravidlo b = i x i b i Kohezní síly jsou párové, lep¹í je geometrický prùmìr, a 12 = (a 1 a 2 1/2 a = i x i a 1/2 i 2

Teorém korespondujících stavù pro smìsi Kay: s.19 T c = k i=1 x i T ci p c = k i=1 x i p ci (V NO mc = ( RTc p c = k i=1 ( RTci x i p ci T r = T T c p r = p p c V NO r = V (Vc NO

Smìsi z èistých látek { pøehled vypoèteme p i vypoèteme V i èistých slo¾ek a slo¾íme smìs (Dalton èistých slo¾ek a slo¾íme smìs (Amagat slo¾íme T c, p c, Vc NO smìsi a pou¾ijeme { diagram kompresibilitního faktoru { stavovou rovnici slo¾íme a, b (pøíp. dal¹í parametry a pou¾ijeme stavovou rovnici s.20

Stavové chování kapalin vícekonstantové stavové rovnice s.21 koecient izobarické rozta¾nosti: α p = (1/V m ( V m / T p koecient izotermické stlaèitelnosti: κ T = (1/V m ( V m / p T za bì¾ných podmínek α p = const, κ T = const Diferenciál objemu dv m = ( Vm T p dt + ( Vm p Zmìna tlaku pøi zvý¹ení teploty za [V ]: dv m = 0 β V = T dp = V m (α p dt κ T dp ( p T V = α p /κ T Hodnoty jsou øádovì α p 10 3 K 1, κ T 10 3 MPa 1, β V 1 MPa K 1

Nasycená kapalina Koecient rozta¾nosti podél køivky nasycení (= VLE = rovnováha l/g ( p T σ α σ = 1 V m ( Vm T σ ( p = α p κ T T σ získáme z Clausiovy-Clapeyronovy rovnice s.22 pøi nízkých teplotách a tlacích α σ α p

Objem a hustota nasycené kapaliny s.23 Guggengeimova rovnice ρ (l = ρ (l r = V mc ρ c V m (l = 1 + a (1 T r + b (1 T r β Kritický exponent β = 0.3265(3 1/3 Jednoduché látky: a = 3/4, b = 7/4 Rackettova rovnice V m (l = M ρ (l = V mcz (1 T r 2/7 c = RT c z 1+(1 T r 2/7 c p c z c = p c V mc /(RT c (kompresibilitní faktor v kritickém bodì T r = T/T c