اطلاعات اولیه
مایع شدن
گازها در شرایطی صورت میگیرد که نیروهای جاذبه بین مولکولی بتوانند موجب پیوستن مولکولهای گاز به یکدیگر شوند و آن را بصورت
مایع در آورند. اگر فشار زیاد باشد،
مولکولها به یکدیگر نزدیک هستند و اثر نیروهای جاذبه همراه در تعارض با حرکت مولکولهای
گاز است، پس دمای پایین که در آن ، انرژی جنبشی متوسط مولکولها کم است، به مایع شدن کمک میکند.
هر چه دما پایینتر رود و فشار فزونی پذیرد، رفتار یک گاز ، بیش از پیش از وضع ایدهآل دورتر میشود و با تغییر بیشتر این شرایط ، در نهایت گاز به مایع تبدیل میشود.
دمای بحرانی
هر چه دمای گاز بالاتر باشد، مایع شدن آن مشکلتر است و باید
فشار بالاتری اعمال شود. برای هر گاز ،
دمایی وجود دارد که بالاتر از آن ، هر چند هم فشار را زیادتر کنیم، مایع شدن آن گاز ناهمگن است. این دما را
دمای بحرانی آن گاز مینامند.
فشار بحرانی
فشار بحرانی ، کمترین فشار لازم برای مایع کردن یک گاز در دمای بحرانی آن است.
اثر دمای بحرانی
دمای بحرانی یک گاز ، نشانه ای از قدرت نیروهای جاذبه بین مولکولی آن گاز است. ماده ای که نیروهای جاذبه ضعیف دارد، دارای دمای بحرانی پایین است؛ بالاتر از این دما ، حرکت مولکولی آن قدر شدید است که نمیگذارد نیروهای نسبتا ضعیف بین مولکولی ، مولکولها را در حالت مایع نگه دارد. اندازه نیروهای جاذبه بین مولکولی نیز با همین ترتیب زیاد میشود.
هلیم که نیروهای جاذبه ضعیف دارد، فقط در پایینتر از 3,5K میتواند به صورت مایع وجود داشته باشد. اما
آب که دارای نیروهای جاذبه قوی است، میتواند تا دمای 2,647K به مایع تبدیل شود. از ثابتهای بحرانی برای برآورد ثابتهای معادله واندروالسی استفاده شده است.
شرایط مایع کردن گازها
پیش از آنکه بتوانیم بسیاری از گازها را مایع کنیم، لازم است آنها را تا پایینتر از دمای معمولی ( حدود 295K ) سرد کنیم. در مایع کردن گازها به روش صنعتی ، از
اثر ژول - تامسون برای سرد کردن آنها استفاده میشود. هرگاه گاز متراکم شده ای را بگذاریم منبسط شود و به فشار پایینتری برسد، گاز سرد میشود. به هنگام انبساط در مقابل نیروهای جاذبه بین مولکولی کار صورت میگیرد. انرژی مصرف شده برای انجام این کار باید از انرژی جنبشی خود مولکولها گرفته شود. از این رو دمای گاز کاهش مییابد. این اثر در سالهای 1852 تا 1862 بوسیله "
ژول" و "
ویلیام تامسون" (لرد کلوین) مورد بررسی قرار گرفته است.
مراحل مایع شدن هوا
مایع شدن هوا بدین ترتیب صورت میگیرد که نخست هوای سرد متراکم شده را منبسط میکنند تا دمای هوا به سطح پایینتری برسد. این هوای سرد شده را برای سرد کردن هوای متراکم شده ای که وارد میشود، بکار میگیرند. انبساط این هوای متراکم شده ، منتج به حصول دمای پایینتر میشود. هوای سرد منبسط شده بار دیگر به اتاق تراکم بازگردانده میشود و سرانجام از سرد کردن و تراکم پی در پی ، هوای مایع حاصل میشود.
مباحث مرتبط با عنوان
منبع
- شیمی عمومی ، جلد اول ؛ تالیف چارلز مرتیمر ؛ مرکز نشر دانشگاهی
