Паро- и газообразное состояния

Паро- и газообразное состояния обычно не различают, об­ращая внимание прежде всего на то, что это сильноразрежен­ные состояния, в которых частицы удалены друг от друга на гораздо большие расстояния, чем в жидком или твердом со­стояниях.

Газ - это сильноразреженная однородная система, состоящая из отдельных молекул, далеко отстоящих друг от друга, которую можно рассматривать как единую динамичную фазу.

Пар — это сильноразреженная неоднородная система, пред­ставляющая собой смесь из отдельных молекул и неустойчивых небольших ассоциатов, состоящих из этих молекул, которую можно рассматривать как совокупность динамичных мезофаз. Следует особо отметить, что вещество может находиться в чисто газообразном состоянии только при температурах выше крити­ческой (табл. 3.3).

Большинство газов при давлении порядка 1 атм и температу­ре выше 300 К можно рассматривать в приближении идеального газа. Молекулярно-кинетическая теория объясняет свойства иде ального газа, основываясь на следующих положениях молекул: совершают непрерывное беспорядочное движение; объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с межмолекулярными рас­стояниями; между молекулами газа не действуют силы притя­жения или отталкивания; средняя кинетическая энергия моле­кул газа пропорциональна его абсолютной температуре. Вследст­вие незначительности сил межмолекулярного взаимодействия и наличия большого свободного объема для газов характерны: вы­сокая скорость теплового движения и молекулярной диффузии, стремление молекул газа занять как можно больший объем, а также большая сжимаемость.

Изолированная газофазная система характеризуется четырьмя параметрами: давлением (р), температурой (Т), объемом (V) и количеством вещества (числом молей n ). Связь между данными параметрами описывается уравнением состояния идеального газа: pV = nRT, где R = 8,31 кДж/моль - универсальная газо­вая постоянная.

Поведение реальных газов отклоняется от идеального, по­скольку их молекулы имеют конечный объем и при столкнове­нии молекул газа между ними возникают силы притяжения, что особенно характерно для веществ, молекулы которых склонны к образованию ассоциатов. Поэтому газообразное состояние при температуре ниже критической переходит в парообразное со­стояние. В паре, в отличие от газа, имеются неустойчивые не­большие молекулярные ассоциаты, которые постоянно образу­ются и разрушаются. Например, в парах воды присутствуют неустойчивые димеры (Н₂0)₂ и тримеры (Н₂0)₃, образованные за счет водородных связей между молекулами воды. Из-за не­устойчивости ассоциатов и большой разреженности поведение пара достаточно точно описывается законами, действующими для газообразного состояния.

Природа, создавая живой мир и следуя принципу целесооб­разности, в основу его положила прежде всего вещества, способ­ные существовать в жидком и жидкокристаллическом состояни­ях. Газообразное состояние слишком хаотично и подвижно, а твердое - чересчур консервативно для создания упорядоченных, но динамичных живых систем. Именно динамичность жидкого и жидкокристаллического состояния обеспечивает живым объ­ектам способность эволюционировать под воздействием окру­жающей среды. В то же время для объединения различных тка­ней природа создала на основе твердого состояния скелет, кото­рый тоже является динамичной системой не только за счет взаимной подвижности его частей, но и за счет постоянно проте­кающих в нем процессов отмирания и обновления костной ткани (разд. 11.4). Таким образом, живые системы являются динамич­ными гетерогенными системами, поведение которых подчиняется закономерностям, описывающим свойства дисперсных систем.

Глава 4