3. Сжижение газов. Критическое состояние вещества

561. По данным таблицы постройте графики зависимости плотности воды и ее насыщенного пара от температуры.

Ответьте на вопросы:

а) Как и почему изменяется с повышением температуры и давления плотность воды и насыщающего пара?

б) В каком состоянии находится вещество при температуре 374° С и давлении

в) Может ли быть вода в жидком состоянии при

г) Может ли насыщающий пар при 300° С иметь давление плотность плотность

(см. скан)

562. На рисунке 155 показан прибор для наблюдения критического состояния эфира, главная часть которого — ампула а с эфиром. При всяком ли количестве эфира в ампуле его можно довести до критического состояния? Какие меры предосторожности необходимы в данном опыте?

Ответ. По таблицам найдем, что критическое состояние эфира наступает при температуре 197° С и давлении При слишком малом количестве эфира не получится насыщающих паров. При слишком большом расширяющийся эфир заполнит всю ампулу до того, как достигнет критической температуры. Так как критическое давление эфира сравнительно велико, то необходимо остерегаться разрыва ампулы. Поэтому окошко в приборе следует загородить толстым стеклом.

563. Фарадей нагревал в запаянной стеклянной трубке сухой гидрат хлора. При этом в одной из трубок ученый Парис, вошедший в это время в лабораторию, увидел следы «масла» и упрекнул Фарадея за то, что он пользуется грязными трубками. Но как только Фарадей отпилил у этой трубки кончик, произошел взрыв и

«масло» исчезло. Фарадей написал утром Парису, что «масло» оказалось жидким хлором.

Пользуясь справочниками, покажите, что при описанных условиях в трубке мог образоваться жидкий хлор.

Решение. Для хлора критическая температура 146° С, давление — При комнатной температуре (20° С) хлор может быть в жидком состоянии. Давление его насыщающих паров — Взрыв в трубке и был вызван этим давлением.

564. Почему сжиженные газы для длительного хранения помещают в открытые сосуды?

Ответ. Закрытый сосуд из-за притока тепла извне разорвет, если он недостаточно прочный. В прочном же сосуде температура возрастет выше критической и жидкость перейдет в газообразное состояние.

565. Пользуясь таблицей к задаче 561, рассчитайте, какое давление, в соответствии с уравнением Клапейрона — Менделеева, должен иметь насыщающий водяной пар при 20, 100, 300° С. Согласуются ли полученные вами результаты с указанными в таблице? Как объяснить полученные результаты на основе молекулярно-кинетической теории?

Рис. 155.

Решение. Примем

Аналогично найдем

Из сравнения полученных значений давления с данными таблицы видно, что применение уравнения Клапейрона-Менделеева к реальным газам и парам дает хорошо согласующиеся с опытом результаты только в том случае, если их плотность невелика.