Πώς βρίσκετε τον συντελεστή συμπιεστότητας z για τα αέρια;
1. Χρήση του ιδανικού νόμου περί αερίου και της πραγματικής εξίσωσης αερίου:
* Ιδανικός νόμος αερίου: PV =NRT, πού:
* P =πίεση
* V =όγκος
* n =αριθμός κροταλιών
* R =Ιδανική σταθερά αερίου
* T =θερμοκρασία
* Εξίσωση πραγματικού αερίου: PV =ZNRT
* συντελεστής συμπιεστότητας (z): Z =(PV)/(NRT)
2. Προσδιορισμός του z από πειραματικά δεδομένα:
* Άμεση μέτρηση: Μπορείτε να μετρήσετε άμεσα την πίεση, τον όγκο, τη θερμοκρασία και τον αριθμό των γραμμομορίων ενός δείγματος αερίου. Στη συνέχεια, μπορείτε να υπολογίσετε το Z χρησιμοποιώντας τον παραπάνω τύπο.
* Χρησιμοποιώντας ένα διάγραμμα συμπιεστότητας: Αυτά τα διαγράμματα είναι διαθέσιμα για διάφορα αέρια και παρέχουν τιμές Z με βάση την πίεση και τη θερμοκρασία. Μπορείτε να αναζητήσετε την τιμή z που αντιστοιχεί στις συγκεκριμένες συνθήκες του αερίου σας.
3. Χρήση εμπειρικών εξισώσεων:
* Εξίσωση van der waals: Αυτή η εξίσωση αντιπροσωπεύει διαμοριακές δυνάμεις και πεπερασμένο μοριακό μέγεθος και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό του Z.
* Εξίσωση Redlich-Kwong: Μια άλλη εμπειρική εξίσωση που παρέχει μια ακριβέστερη αναπαράσταση του Z για ένα ευρύτερο φάσμα συνθηκών.
4. Χρήση προσομοιώσεων υπολογιστών:
* Οι μοριακές προσομοιώσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό του z με τη μοντελοποίηση της συμπεριφοράς των μεμονωμένων μορίων αερίου. Αυτές οι μέθοδοι μπορεί να είναι εξαιρετικά ακριβείς, αλλά απαιτούν σημαντική υπολογιστική ισχύ.
Σημαντικές σημειώσεις:
* Ιδανική συμπεριφορά αερίου: Τα ιδανικά αέρια έχουν συντελεστή συμπιεστότητας z =1. Αυτό σημαίνει ότι η συμπεριφορά τους ευθυγραμμίζεται απόλυτα με τον ιδανικό νόμο για το αέριο.
* Πραγματικά αέρια: Τα πραγματικά αέρια αποκλίνουν από την ιδανική συμπεριφορά, ιδιαίτερα σε υψηλές πιέσεις και χαμηλές θερμοκρασίες. Οι παράγοντες συμπιεστότητας τους μπορεί να είναι μεγαλύτεροι από, λιγότερο από ή ίσους με 1, ανάλογα με το συγκεκριμένο αέριο και τις συνθήκες.
Ακολουθεί ένα παράδειγμα για το πώς μπορείτε να βρείτε z χρησιμοποιώντας τον ιδανικό νόμο για το αέριο και την πραγματική εξίσωση αερίου:
Ας υποθέσουμε ότι έχετε 1 mole αερίου αζώτου στα 10 atm και 273 Κ. Ο ιδανικός νόμος αερίου προβλέπει έναν όγκο 22,4 L, αλλά ο πραγματικός όγκος που μετρήθηκε είναι 20 L.
* z =(PV)/(NRT) =(10 atm * 20 L)/(1 mol * 0.0821 L atm/mol k * 273 k) =0.89
Αυτό σημαίνει ότι σε αυτές τις συνθήκες, το αέριο αζώτου είναι ελαφρώς λιγότερο συμπιεστικό από ένα ιδανικό αέριο (z <1).
Θυμηθείτε να επιλέξετε την κατάλληλη μέθοδο για τον προσδιορισμό του Z με βάση τα διαθέσιμα δεδομένα και την επιθυμητή ακρίβεια.
