Изотермы ван-дер-ваальса и их анализ

Выразим из уравнения () давление:

Для исследования поведения реальных газов рассмотрим изотермы Ван-дер-Ваальса – кривые Р = f(V_m) при Т = const (рис 47). При низких температурах они имеют волнообразный участок, который по мере роста температуры все менее и менее выражен. При некоторой температуре Т_к на изотерме этот участок вырождается в точку перегиба – К. Эта точка называется критической. Соответствующие этой точке объём и давление, также называются критическими: V_к и Р_к. Для температур Т > Т_к изотермы Ван-дер-Ваальса представляют собой монотонно спадающие кривые, похожие на изотермы идеального газа.

Опыты ирландского ученого Т. Эндрюса (1869г.) по изучению изотермического сжатия реальных газов подтвердили выводы, следующие из анализа уравнения Ван-дер-Ваальса:

.

Однако на экспериментальных изотермах не было волнообразного участка, который присутствует на теоретических кривых Р = f(V). Вместо него наблюдался горизонтальный участок (плато) ad.

Эндрюс обнаружил, что при значениях параметров, соответствующих этому участку на поршне появляются капельки жидкости, т.е. этому плато соответствует стадия превращения газа в жидкость и это происходит при постоянном давлении (р = const_. Было установлено также, что при Т > 304 К двухфазное состояние для СО₂ является критическим.

Если через крайние точки горизонтальных участков семейства экспериментальных изотерм какого-то реального газа провести линию, то координатная плоскость разбивается на три области:

1) область параметров, при которых данное вещество находится в газообразном состоянии;

2) область жидкого состояния;

3) область двухфазного состояния жидкость – насыщенный пар.

Критическая точка К соответствует такому набору параметров Т_к, Р_к, n_mк, для которого исчезает различие между жидким и газообразным агрегатным состояниями вещества. Из уравнения Ван-дер-Ваальса:

; n_mк = 3b; .

Как видно из диаграмм, при Т > Т_к ни при каких давлениях нельзя провести сжижение газа.