物理化学知识3

对比状态原理和压缩因子图 对比状态原理和压缩因子图的产生都是为了能弥补实际气体状态方程普适性差，计算精度低的缺陷，找到一种能适用于所有实际气体类似于理想气体状态方程的方程，从而方便确定其状态参数。 1⃣️对比状态原理 想要很好的理解对比状态原理，首先需要清楚临界点和临界参数，其次理解对比参数。 ·临界点和临界参数与蒸气压有关，蒸气压是指液体在气液共存状态下的压力（表示液体气化的难易程度，也叫饱和蒸气压），每一种液体都有蒸气压，它是液体的属性，常存，不受状态影响，蒸气压可通过测量得到（很难测但能实现），可查阅手册。 一种气体若想液化要么降温要么加压，但不论降温还是加压都是有限值的，并非无限操作，这些限值便是气体的临界参数。临界参数包括临界温度（Tc）、压力（pc）、体积（Vc）。气体能够液化的最高温度称为临界温度，只有在临界温度以下方有液化可能。在临界温度时，气体液化所需的最小压力为临界压力。而临界点就是在临界温度和临界压力时气体的状态，临界点对应的摩尔体积为临界体积。1881年范德华通过数学计算将范德华方程中的a、b、R用临界参数的形式表示，但未改变方程普适性、精度差的本质。 ·知道临界参数和临界点，就可以继续说明对比参数和对比状态原理。对比参数是气体温度、压力、体积分别与临界参数的比值，Tr=T/Tc、pr=p/pc、Vr=V/Vc，对比参数是度量一种物质目前所处状态与临界点之间距离的参数。范德华进一步将范德华方程变换为对比参数的方程，即范德华对比方程，范德华对比方程本质未变虽没什么用，但可说明实际气体的对比参数之间存在着一定的函数关系f（Tr，pr，Vr）=0。 因此，人们通过实验发现，许多物质当处于相同对比状态（对比参数相同）时具有相近的物性（热容、粘度、折射率等），这就是对比状态原理。对比状态原理的产生大大降低了工程研究中的测量成本，工程上可应用这一规律将所需要的物质性质表示成对比状态的函数，从而通过计算确定。 2⃣️压缩因子图 压缩因子图是一个纵坐标为压缩因子（Z），横坐标为对比压力（pr），曲线为等对比温度线（Tr），反映同一对比温度下压缩因子与对比压力关系变化的图。 ·压缩因子图的由来需要说明压缩因子（Z）的提出及确定。压缩因子（Z）的提出其思想是既然想找到一个如理想气体状态方程一般适用于所有实际气体的状态方程，那不妨将理想气体状态方程前乘上一个校正因子pV=ZnRT，从而纠正实际气体与理想气体间偏差，那么这一方程便适用于任何气体。这一思想很妙哉，通过变换Z=V/V理，故Z的物理意义其实是反映气体压缩的难易程度，因此Z便称为压缩因子。 ·压缩因子的确定：Z=pVm/RT，Z=pc·Vc/RTc·（pr·Vr/Tr），Z=Zc·（pr·Vr/Tr），p趋于0时两边取极限及根据f（Tr，pr，Vr）=0，Zc=1/lim（pr·Vr/Tr）=1/lim g（Tr，pr）=1/K，因此Z=1/K·g（Tr，pr），Z=G（Tr，pr） 由上推导可知，Z是对比参数的函数，可说明相同对比状态的不同气体，具有相同的压缩因子，进而可根据实验计算数值画出压缩因子图。 有了压缩因子图，人们就可根据查得的实际气体临界参数，算出某一状态下的对比参数，而后根据图中对应Z值得到实际气体p、V、T关系，使实际气体的计算变得方便、相对准确。