Фізика / 8. Молекулярна фізика

Дзісь В. Г^*., Ніколюк П.К^**., Дячинська О.М^*, Бубновська І.А^*

^*Вінницький державний аграрний університет, Україна

**Вінницький інститут економіки Тернопільського національного економічного університету, Україна

В’ЯЗКІСТЬ пари ЦЕЗІЮ ПРИ високих температурах

При температурах до 2000 К і тисках 1...1500 кПа лужні метали в газовій фазі можна розглядати як бінарну газову суміш, що складається з атомів і двоатомних молекул, між якими протікають реакції дисоціації.

Експериментальні дослідження процесів переносу в парах лужних металів пов'язані з труднощами, що виникають при реалізації експериментальних методів через високу хімічну активність лужних металів при високих температурах, а при дослідженні цезію виникає ряд додаткових ускладнень, що зв'язані з його специфічними властивостями. У реальних умовах експерименту можуть проявлятися процеси, пов’язані з термоелектронною емісією і поверхневою іонізацією фотоефектом і фотоіонізацією, при високих температурах росте число непружних зіткнень атомів, а при високих тисках проявляється реальність газів. Однак, можна створити такі умови експерименту, при яких перераховані ефекти помітно не проявляються, та виділити область стану пари, у якій для опису явищ переносу може бути застосовна модель ідеального газу, в якому протікають реакції утворення та розпаду молекул, що дозволяє застосувати результати строгої кінетичної теорії Чепмена-Єнскога і Гіршфельдера-Брокау [1] для суміші реагуючих газів та її специфічного застосування для пари лужних металів [2].

Теоретичні методи розрахунку коефіцієнтів переносу пари лужних металів як реагуючої газової суміші атомів і двоатомних молекул, істотно обмежені через відсутність досить точних даних про потенціали взаємодії “атом-молекула” і ”молекула-молекула”. Експеримент поки є єдиним джерелом одержання необхідної інформації про коефіцієнти переносу пари лужних металів.

Теорія [2] дає можливість із експериментальних даних по в’язкості або теплопровідності одержати значення абсолютних перерізів зіткнень “атом-атом” та відносних перерізів зіткнень “атом-молекула” і, використовуючи їх, розрахувати коефіцієнти теплопровідності та в’язкості пари в широкому інтервалі параметрів стану.

В’язкість пари лужного металу можна виразити через два параметри: ефективні перерізи зіткнень “атом-атом” та відносний переріз зіткнень “атом-молекула”. Ефективні перерізи зіткнень “атом-атом” характеризують залежність в’язкості одноатомної пари від температури, а відносні – залежність в’язкості від концентрації двоатомних молекул, яка є функцією тиску, причому в’язкість однотомної пари в широкому інтервалі температури лінійно залежить від температури:

. (1)

В’язкість одноатомної пари та ефективні перерізи зіткнень атомів зв’язані між собою співвідношенням:

(2)

За схемою ідеального дисоціюючого газу [2], залежність в’язкості від температури та тиску (концентрації двоатомних молекул) визначається залежностями:

, (3)

де – молярна доля двоатомних молекул в парі, – залежність в’язкості одноатомної пари від температури, – коефіцієнти, які визначаються через перерізи зіткнень “атом-атом” та “атом-молекула” [2]

За методикою [2], із експериментальних даних по в’язкості [3], одержано значення абсолютних перерізів зіткнень “атом-атом” (табл.1), невідомі параметри рівняння (1) – , та значення відносних перерізів зіткнень “атом-молекула” (табл. 2).

Таблиця1.

Ефективні перерізи зіткнень атомів цезію в газовій фазі.

Т,10^3 К	0,7	0,8	9	1	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8
	37,8	36,0	34,6	33,3	32,1	31,0	30,1	29,2	28,4	27,6	26,9	26,3

Таблиця 2.

Результати обробки експериментальних даних [3] при енергії дисоціації молекул цезію Дж/моль.

, Па×с	, Па×с/К	,	0, %	, %	, %
292,4	0,256	2,2	1,8	2,4	5,2

Перерізи зіткнень “атом-атом” пари узгоджуються з літературними даними, що дає можливість розробити таблиці коефіцієнтів переносу в широкій області параметрів стану.

На основі отриманих параметрів , за методикою [2], розроблено таблиці в'язкості пари цезію в інтервалі температур 700-2000 К при тисках 1-1500 кПа, включаючи лінію насичення. Тиск пари на лінії насичення визначався за [4], термодинамічні константи, необхідні при розрахунку складу пари і теплопровідності взяті з [5]. Результати розрахунків в приведені таблиці 3 , похибки табличних значень в’язкості при тисках 1-1500 кПа складають 3%, а на лінії насичення 5%.

Таблиця 3.

В’язкість пари цезію

Т, К	Одноатомна пара,	P, кПа					Лінія насичення,
		10	100	400	1000	1500
700	215,6						203,6
800	241,2	230,2					220,6
900	266,8	261,0					235,9
1000	292,2	288,9	264,1				250,2
1100	318,0	315,8	298,3				264,1
1200	343,6	342,0	329,3	298,1			277,9
1300	369,2	368,1	358,4	332,8	299,2		291,9
1400	394,8	393,9	386,4	365,3	334,8	316,7	306,2
1500	420,4	419,7	413,7	396,1	368,9	351,7	321,1
1600	446,0	445,4	440,5	425,6	401,4	385,4	336,4
1700	471,6	471,1	467,0	453,3	432,8	417,9	352,2
1800	497,2	496,8	493,3	468,4	448,1	433,8	-
2000	548,4	548,1	545,4	536,9	521,5	510	-

література

1. Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей / Пер. с англ. - М.: Иностр. лит. 1961. - 929 с.

2.Vagaftik N.B., Jargin V.S. Thermal conductivity and viscosity of the gaseous phase// Handbook of Thermodynamic and Transport Properties of Alkali Metals/ Ed.R/ Ohse.–Oxford, 1985. P.785-842..

3.Дзись В.Г., Степаненко И.Ф., Яргин В.С. Экспериментальное исследование вязкости цезия и рубидия в газовой фазе при высоких температурах /М.: МАИ, 1989. 38 с. Деп. ВИНИТИ № 4206-В90.

4. ГСССД 12-87. Давление насыщенных паров при высоких температурах /А.Г. Мозговой, В.В.Рощупкин, М.А.Покрасин и др. -М.: Изд-во стандартов, 1988. - 38 с.

5. Термодинамические свойства индивидуальных веществ:/ Гурвич Л.В. и др. под ред. В.П.Глушко, 3-е изд., т.4. Кн.2. - М.: Наука, 1972, - 726 с.