Витягнута крива співіснування і її криволінійний діаметр як фактори глобальної флюїдної асиметрії
DOI:
https://doi.org/10.18524/0367-1631.2017.54.131754Анотація
Розглянуто ряд неузгодженостей в прийнятих методологіях передбачення, використовуваних в районі пара-рідинного співіснування і критичної точки. Як правило, вони виникають у зв’язку з різними тлумаченнями концепції «прямолінійного діаметра» в площині температура-густина. Він часто викривлений на практиці і може розходитись в двох альтернативних описах критичності: 1) заснованої на моделі Ізінга феноменології повного скейлінга і 2) класичної феноменології переходу пара-рідина, розробленої ван-дер-Ваальсом-Максвеллом-Гіббсом. Друга з них суттєво модифікована в моделі флуктуаційної термодинаміки. Нове перетворення для повної кривої співіснування засноване на вимірюваних рівноважних даних, одержаних вдалині від критичної області. Запропоноване в цій роботі, воно дозволяє з прийнятною точністю визначити положення критичної точки, яке відповідає перетину між витягнутою кривою співіснування в площині фактор стисливості-густина і її виражено криволінійним тут діаметром. Універсальність принципу глобальної флюїдної асиметрії, сформульованого раніше в моделі флуктуаційної термодинаміки, доведена для всього температурного інтервалу переходу пара-рідина. Розвинута передбачувальна методологія визначення критичної точки може бути особливо корисною для ряду речовин, в яких її пряму вимірювання вкрай утруднене або неможливе.
Посилання
Cerdeirina C. A., Orkoulas G. and Fisher M. E. Soluble model fluids with complete scaling and yang-yang features // Phys. Rev. Lett. – 2016. – Vol. 116. – P. 040601.
Kim Y. C., Fisher M. E. and Orkoulas G. Asymmetric fluid criticality. I. Scaling with pressure mixing // Physical Review E. – 2003. – Vol. 67. – P. 061506.
J. Wang and M. A. Anisimov Nature of vapor-liquid asymmetry in fluid criticality // Physical Review E. – 2007. – Vol. 75. – P. 051107.
H. E. Stanley // Introduction to phase transition and critical phenomena. – Clarendon Press, Oxford, 1971.
J. J. Rehr and N. D. Mermin Revised scaling equation of state at the liquid-vapor critical point // Physical Review A. – 1973. – Vol 3. – P. 472.
D. Ben-Amotz and D. R. Herschbach Correlation of Zeno (Z=1) line for supercritical fluids with vapor-liquid rectilinear diameters // Israel Journal of Chemistry. – 1996. – Vol. 30(1-2).
L. P. Filippov Methods of calculation and prognosis forproperties of substances. – Moscow University Publications, Moscow, 1988.
E. M. Apfelbaum, V. S. Vorob'ev and G. A. Martynov Triangle of liquid-gas states // Journal of Physical Chemistry B. – 2006. – Vol. 110 (16). – P. 8474-8480.
E. M. Apfelbaum and V. S.Vorob'ev The saturation pressure for different objects in reduced variables and the justification of some empirical relations set from the van der Waals equation // Chemical Physics Letters. – 2014. – Vol. 591. – P. 212-215.
V. L. Kulinskii The critical compressibility factor value: Associative fluids and liquid alkali metals// Journal of Chemical Physics. – 2014. – Vol. 141. – P. 054503.
J. K. Johnson, J. A. Zollweg and K. E. Gubbins The Lennard-Jones equation of state reveisited // Molecular Physics. – 1993. – Vol. 78. – P. 591-618.
A. Lotfi, J. Vrabec and J. Fischer Vapour liquid equilibria of the Lennard-Jones fluid from the NpT plus test particle method // Moleclar Physics. – 1992. – Vol. 76. – P. 1319-1333.
B. Smit, Ph. de Smedt and D. Frenkel Computer simulations in the Gibbs ensemble // Molecular Physics. – 1989. – Vol. 68. – P. 931-950. 14. F. Bresme, E. Lomb and J. L. F. Abascal Influence of association on the liquid–vapor phase coexistence of simple systems // Journal of Chemical Physics. – 1997. – Vol. 106. P. 1569.
A. K. Wyczalkowska, J. V. Sengers and M. A. Anisimov Critical fluctuations and the equation of state of van der Waals // Physica A. – 2004. – Vol. 334. – P. 482.
D. R. Douslin and R. H. Harrison Pressure, volume, temperature relations of ethane // Journal of Chemical Thermodynamics. – 1973. – Vol. 5. – P. 491-512.
L. Luettmer-Strathmann, S. Tang and J. V. Sengers A parametric model for the global thermodynamic behavior of fluids in the critical region // Journal of Chemical Physics. – 1992. – Vol. 97. – P. 2705-2717.
V. B. Rogankov and L. Z. Boshkov Gibbs solution of the van der Waals-Maxwell problem and universality of the liquid-gas coexistence curve // Physical Chemistry Chemical Physics. – 2002. – Vol. 4. – P. 873-878.
V. B. Rogankov and V. A. Mazur A novel concept of symmetry in the model of fluctuational thermodynamics // Journal of Molecular Liquids. 2003. – Vol. 105(2-3). – P. 165-177.
V. B. Rogankov and V. I. Levchenko Global asymmetry of fluids and local singularity in the diameter of the coexistence curve // Physicsl Review E. – 2013. – Vol. 87. – P. 052141.
V. B. Rogankov Fluctuational-thermodynamic interpretation of small angle X-ray scattering experiments in supercritical fluids // Fluid Phase Equilibria. – 2014. – Vol. 383. – P. 115-125.
A. Michels, B. Blaisse and C. Michels The isotherms of CO2 in the neighbourhood of the critical point and round the coexistence line // Proceedings of the Royal Society of London. Series A. –.1937. – Vol. 160. – P. 358-375.
R. B. Stewart and R. T. Jacobsen Thermodynamic properties of argon from the triple point to 1200 K with pressures to 1000 MPa // Journal of Physical and Chemical Reference Data. – 1989. – Vol. 18. – P. 639.
W. Duschek, R. Kleinrahm and W. Wagner Measurement and correlation of the (pressure, density, temperature) relation of carbon dioxide II. Saturated-liquid and saturated vapour densities and the vapour pressure along the entire coexistence curve // Journal of Chemical Thermodynamics. – 1990. – Vol. 22. – P. 841-864.
J. Weiner, K. H. Langley and N. C. Ford Jr. Experimental evidence for a departure from the law of the rectilinear diameter // Physical Review Letters. – 1974. – Vol. 32. – P. 879.
W. Wagner and A. Pruss The IAPWS formulation 1995 for the thermodynamic properties of ordinary water substance for general and scientific use // Journal of Physical and Chemical References Data. – 2002. – Vol. 31. – P. 387.
S. Jungst, B. Knuth and F.Hensel Observation of Singular Diameters in the Coexistence Curves of Metals // Physical Review Letters. – 1985. – Vol. 55. – P. 2160.
J. P. Valleau Number-dependence concerns in Gibbs-ensemble Monte Carlo // Journal of Chemical Physics. – 1998. – Vol. 108. – P. 2962.
A. Panagiotopoulos Direct determination of phase coexistence properties of fluids by Monte Carlo simulation in a new ensemble // Molecular Physics. – 1987. – Vol. 61. – P. 813-826.
B. Smit Phase diagrams of Lennard‐Jones fluids // Journal of Chemical Physics. – 1992. Vol. 96. – P. 8639.
K. K. Mon and K. Binder Finite size effects for the simulation of phase coexistence in the Gibbs ensemble near the critical point // Journal of Chemical Physics. – 1992. – Vol. 96. P. 6989.
D. A. Kofke Direct evaluation of phase coexistence by molecular simulation via integration along the saturation line // Journal of Chemical Physics. – 1993. – Vol. 98. – P. 4149-4162.
D. Broseta, Y. Melean and C. Miqueu Parachors of liquid/vapor systems: A set of critical amplitudes // Fluid Phase Equilib. – 2005. – Vol. 233. – P. 86.
F. Hensel Critical behavior of metallic liquids // Journal of Physics: Condensed Matter. 1990. – Vol. 2.
M. W. Pestak, R. E. Goldstein, M. H. W. Chan, J. R de Bruyn, D. A. Balzarini and N. W. Ashcroft Three-body interactions, scaling variables and singular diameters in the coexistence curves of fluids // Physical Review B. – 1987. – Vol. 36. – P. 599.
B. J. Thijsse The dielectric constant of SF6 near the critical point // Journal of Chemical Physics. – 1981. – Vol. 74. – P. 4678.
M. Funke, R. Kleinrahm and W. Wagner Measurement and correlation of the (p, ρ, T) relation of sulphur hexafluoride (SF 6). II. Saturated-liquid and saturated-vapour densities and vapour pressures along the entire coexistence curve // Journal of Chemical Thermodynamics. – 2002. – Vol. 34. – P. 735-754.
W. G. Hoover, G. Stell, E. Goldmark and G. D. Degani Generalized van der Waals equation of state // Journal of Chemical Physics. – 1975. – Vol. 63. – P. 5434-5438.
L. Mistura Change of variables in thermodynamics // Nuovo Cimento 51B. – 1979. – Vol. 125.
L. Mistura On the shape of the coexistence curve and of the critical isotherm in a density-density plane // Physica 104A. – 1980. – P.181-188.
N. Rai and E. J. Maginn Vapor–Liquid Coexistence and Critical Behavior of Ionic Liquids via Molecular Simulations // Journal of Physical Chemistry Letters. – 2011. – Vol. – P. 1439-1443.
V. B. Rogankov and V. I. Levchenko Towards the equation of state for neutral (C2H4), polar (H2O), and ionic ([bmim][Bf4], [bmim][Pf6], [pmmim][Tf2N]) liquids // Journal of Thermodynamics. – 2014.
L. P. N. Rebelo, J. N. C. Lopes, J. M. S. S. Esperanca and E. Filipe On the critical temperature, normal boiling point, and vapor pressure of ionic liquids // Journal of Physical Chemistry. – 2005. – Vol. B109. – P. 6040-6043.
Qi Wei and D.R.Herschbach Isomorphism in Fluid phase diagrams: kulinskii transformations related to the acentric factor // Journal of Physical Chemistry. – 2013.– Vol. C117 (43). – P. 22438–22444.
V. S. Vorob’ev How to turn real substance liquid-gas coexistence curve in binodal of lattice gas // Chemical Physics Letters. – 2014. – Vol. 605-606. – P. 47-50.
O. V. Rogankov Jr. and V. B. Rogankov Can the Boyle and critical parameters be unambiguously correlated for polar and associating fluids, liquid metals, ionic liquids? // Fluid Phase Equilibria. – 2017. – Vol. 434. – P. 200-210.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2018 Фізика аеродисперсних систем
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
