УДК 536.423.1

 

О фазовом равновесии вещества.

 

Алексей Николаевич Рюмин,

кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник

Санкт-Петербургский Горный институт,

21-ая линия В.О., 2, г. Санкт-Петербург, 199106, Россия

 

 

Если задаться вопросом, как обеспечить равновесие двух систем – пара с плотностью ρg, например, для воды от 0,3 г/см3 при критической температуре до 0,000005г/см3 при 0ºС и жидкости с плотностью ρf от 1г/см3 при 0ºС до тех же 0,3 г/см3 при критической температуре, не только соблюдая равенство давлений и температуры  по поверхности контакта между ними, но и в объеме обоих веществ, то единственной мыслимой возможностью представляется модель ассоциации молекул жидкости в кластеры таким образом, чтобы их масса превосходила массу молекул в  ρf / ρg раз. Именно этот основной тезис автор развивал, количественно обосновывал в рукописи, направленной 10.7.11 в редакцию солидного физического журнала jetp@kapitza.ras.ru. Заметим, Капица. Продержав на рецензии более 3-х месяцев (!), редакция сообщила: «Ваша статья «Вода – жидкое состояние материи» вызвала отрицательный отзыв рецензента. В этих условиях редколлегия не может принять ее для публикации. Отзыв прилагается». И далее, в отзыве сформулирован основной недостаток статьи:

 «...в области полученных автором значений частот (~ 0.05 эВ или ~ 500 см-1) спектры воды в целом изучены и интерпретируются как ряд деформационных молекулярных колебаний; это также подтверждается многими экспериментами. Никаких ссылок на работы по спектроскопии воды у автора нет.» Т.е., если получил независимо, чисто теоретически, те же  значения частот колебаний, то это не достижение, а главный дефект теории.

 

1. Когда жидкость находится в равновесии со своим паром, ее молекулы по сравнению с молекулами газовой фазы обладают избытком энергии εi, скрытой теплотой испарения. Согласно закону Больцмана, концентрация молекул пара (и при переходе пара в жидкость) должна изменяться пропорционально exp(-εi/kT). Расчетная формула Клапейрона – Клаузиуса, в которой соотношение концентраций молекул жидкости и пара определялось по соотношению плотностей, приводится в [1], [2]. Однако, как впервые было установлено автором [3], [4], необходимо учитывать вандерваальсову поправку на объем, занимаемый молекулами. Формула расчета скрытой теплоты испарения имеет вид:         

 λf = RT/μ* ln[ (ρf / ρg)* (1- ρg b/μ)/(1- ρf α b/μ)]                               (1)

   Рисунок 1. Сопоставление λf воды фактической (по формуле 1)  с рассчитанной по закону Больцмана λB = RT/μ* ln[ (ρf / ρg)].

 

Здесь λf  - теплота испарения, дж/г; R = 8,31 дж/(моль*К); Т – температура, К; ρf,  ρg – плотность жидкости и пара; μ – мольная масса вещества, г/моль; b – поправка Ван-дер-Ваальса для пара, см3/моль; α – коэффициент деформации сжатия молекул в жидкости (рис.2).

Рисунок 2. Коэффициент деформации молекул в жидкой воде.

2. Жидкость и газ сосуществуют, при температуре ниже критической для каждого вещества и не ниже температуры замерзания, также своей для всех веществ. При этом, как установил в 1881г Этвеш [2], зависимость поверхностного натяжения σ от температуры  Т  имеет вид:

σ = σ0*(Tk – T)/ (Tk – T0)                                                            (2),

идентичный полученной автором [5] линейной температурной зависимости потенциальной энергии воды от температуры,

Epot = E0  * (Tk – T)/ (Tk – T0)                                                         (3)

 Следует отметить, что уже Этвеш обнаружил, что в интервале температуры ниже критической до 2 - 6º поверхностное натяжение равно нулю. Из определения жидкости, как совокупности клаcтеров ([3],[4],[5]), в этом состоянии ассоциаты неустойчивы и крупных молекул недостаточно, чтобы они образовали прочную межмолекулярную пленку.

 Для жидкого гелия интервал «слабой» пленки ограничен снизу температурой λ-точки (кластер в среднем содержит 135 газовых молекул [6]), где кинетическая энергия молекул равна 0,9 потенциальной (рис.4):

Рисунок 3. График отношения кинетической энергии молекул жидкого Не к потенциальной.

Список использованных источников и литературы.

1.  Кикоин И.К., Кикоин А.К. Молекулярная физика. М.: 1963. 500с.

2. Мелвин- Хьюз Э.А. Физическая химия, т.1,2. М.: ИЛ. 1962. 1148с.

3. Рюмин А.Н. Фазовый переход пар - жидкость.//В мире научных открытий. - 2010. - №3. - С.26-29.

       4. Рюмин А.Н. Вода как типичная квантовая жидкость.// Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. -2010.- №7. – С. 369 – 371.

       5. Рюмин А.Н. Поверхностное натяжение воды.//В мире научных открытий. - 2010. – №5 (11) . – С. 7 – 11.

      6. Рюмин А.Н. λ – точка в жидком гелии.// В мире научных открытий, - 2010. V Общероссийская конференция, Красноярск, выпуск 2.-С. 196-201