Teori om termodynamisk likhet

Teorin om termodynamisk likhet  är en gren av fysik och fysikalisk kemi , som är baserad på tillämpningen av principerna för likhetsteorin på den beräknade bestämningen av ämnens egenskaper.

Enligt den grundläggande idén om teorin om termodynamisk likhet är förhållandet mellan de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos kemiska föreningar, uttryckta i dimensionslös form, giltigt för en stor uppsättning liknande kemiska föreningar. Så för parametrarna för materiens tillstånd har ett sådant beroende formen:

var  är de reducerade värdena för temperatur , tryck och molvolym (det vill säga hänvisade till deras värden vid den kritiska punkten ):

En av formerna för denna ekvation är van der Waals ekvation , skriven med avseende på de givna parametrarna (den reducerade van der Waals ekvationen):

Genom att känna till en sådan ekvation för en grupp av ämnen är det möjligt att beräkna det reducerade värdet av en okänd parameter från två kända, till exempel:

En av de centrala bestämmelserna i teorin om termodynamisk likhet är lagen för motsvarande stater . Motsvarande tillstånd är tillstånden för ämnen med samma värden för de givna parametrarna, det vill säga ämnen i motsvarande tillstånd tas proportionellt bort från det kritiska tillståndet. Enligt den ursprungliga formuleringen av lagen för motsvarande tillstånd, om två reducerade parametrar för flera ämnen är lika, måste den tredje reducerade parametern också vara densamma för dessa ämnen.

Under utvecklingen av teorin om termodynamisk likhet visades det att i motsvarande tillstånd av liknande ämnen är inte bara de dimensionslösa tillståndsparametrarna desamma , utan också invarianterna för alla fysikalisk-kemiska egenskaper. Uttrycket för att beräkna P ovan kan skrivas i en mer allmän form (tvåparameterform av lagen för motsvarande tillstånd):

Detta uttryck är kriterieekvationen för termodynamisk likhet .

Närvaron eller frånvaron av likhet mellan vissa ämnen avslöjas genom att jämföra värdena för det avgörande likhetskriteriet beräknat från de kända egenskaperna hos dessa ämnen. I det allmänna fallet används flera definierande kriterier för att beskriva termodynamisk likhet. De avgörande likhetskriterierna kan beaktas i beräkningen på två sätt:

där A och B är dimensionslösa parametrar som beskriver likheten mellan ämnen.

Valet av variabler i uttrycket ovan bestäms av typen av systemet som studeras - till exempel för att beskriva egenskaperna hos vätskor, i de flesta fall är det optimalt att använda T och V, och för ett ämnes gasformiga tillstånd , T och P.

För en ganska bred klass av ämnen kan termodynamisk likhet beskrivas med ett definierande kriterium, lagen för motsvarande tillstånd för dem kan skrivas i en treparameterform:

Här används till exempel ofta Pitzers acentricitetsfaktor som den tredje parametern (A) .

Teorin om termodynamisk likhet ökar kraftigt informationsinnehållet i information om ämnens egenskaper, vilket gör det möjligt att utöka mönstret som etablerats för flera ototypiska ämnen till en stor grupp av liknande ämnen, eller att beräkna de nödvändiga fysikalisk-kemiska egenskaperna hos ett ämne, med endast en liten mängd information om det.

Litteratur