4. Реальные газы

Модель идеального газа позволяет описывать поведение реальных газов при достаточно высоких температурах и низких давлениях, когда можно пренебречь размерами молекул и их взаимодействием друг с другом. Однако при повышении давления необходимо учитывать, что молекулы не являются материальными точками, а имеют определенный объем. Необходимо учитывать также силы межмолекулярного взаимодействия.Эти силы имеют электромагнитную и квантовую природу. Между молекулами вещества в любом агрегатном состоянии действуют силы взаимного притяжения, проявляющиеся в способности сопротивляться растяжению, образовывать капли и т.д. Кроме того, относительно малая сжимаемость плотных газов и способность жидких и твердых тел сопротивляться сжатию указывает на то, что между молекулами действуют также и силы отталкивания.

На рис.4.1. приведена качественная зависимость потенциальной энергии взаимодействия молекул от расстояния между ними. Потенциальная энергия равна нулю, когда молекулы находятся далеко друг от друга и силы межмолекулярного взаимодействия не действуют (r→ ∞). При постепенном сближении между молекулами появляются силы взаимного притяжения и потенциальная энергия уменьшается, достигая минимума приr=r₀. Приr<r₀ силы отталкивания возрастают и потенциальная энергия также начинает резко возрастать.

4.1. Понятие фазы и фазовых переходов. @

Фазой называется совокупность всех частей системы, обладающих одинаковым химическим составом, находящихся в одинаковом состоянии и ограниченных поверхностями раздела.Понятие «фаза» шире, чем понятие «агрегатное состояние». В пределах одного агрегатного состояния вещество может находиться в нескольких фазах, отличающихся по свойствам, составу и строению. Лед, например, встречается более, чем в десяти различных фазах.

Переход вещества из одной фазы в другую называют фазовым переходом.Он всегда связан с качественными изменениями свойств вещества, различают фазовые переходы двух родов. Фазовый переход Ι рода сопровождается поглощением или выделением теплоты, называемой теплотой фазового перехода. Это плавление, кристаллизация и т.п. Фазовые переходы Ι рода характеризуются постоянством температуры (например, температура плавления льда постоянна и равна 0˚С) и сопровождаются изменением объема. Фазовые переходы, не связанные с выделением или поглощением теплоты и изменением объема, называются фазовыми переходами ΙΙ рода. Эти переходы характеризуются скачкообразным изменением теплоемкости (например, переход ферромагнитных веществ в парамагнитное состояние).

Фазовые переходы играют огромную роль в процессах плавления и кристаллизации полимеров при переработке их в изделия. Например, для улучшения физико-механических и диэлектрических свойств некоторые полимеры подвергают вытяжке, в результате чего полимер переходит из аморфного в кристаллическое состояние (фазовый переход Iрода). Широкую известность имеют сформированные таким образом полимерные нити – орлон, лавсан и т.д.