Степень диссоциации газа по давлению — при равновесии между фазами

Физический смысл и назначение

Калькулятор «Степень диссоциации газа по давлению — при равновесии между фазами» относится к направлению «газовая диссоциация и константа равновесия». Для реакции A₂ ⇄ 2A число газовых частиц увеличивается при диссоциации. Поэтому повышение суммарного давления обычно смещает равновесие к молекулярному компоненту, если температура и константа остаются фиксированными. Условия этой задачи уточняют газожидкостное равновесие и определяют, какие параметры являются независимыми. Для этого этапа проверьте поле «Газовая константа диссоциации Kp» (пример: 0.7) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — при равновесии между фазами».

Для рассматриваемой модели используется зависимость Kp=(pA/p°)²/(pA₂/p°)·(φA²/φA₂); A₂⇌2A. Равновесную константу задают как безразмерную величину относительно стандартного давления. Для неидеальных смесей необходимо отношение коэффициентов фугитивности продуктов и реагентов; оно не совпадает с обычным Z. Эта формула описывает именно выбранный режим, а не все возможные свойства реального газа. Для этого этапа проверьте поле «Коэффициент Генри, моль/(м³·Па)» (пример: 8e-06) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — при равновесии между фазами».

Вариант задачи — газожидкостное равновесие. Значительная часть вещества может находиться в жидкой фазе. Баланс составляют отдельно для свободного газа и растворённого вещества, затем связывают их равновесным парциальным давлением. Это существенно для правильного выбора контрольной величины, например «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 140000). В промежуточных расчётах обязательно выдерживается единый набор размерностей. Для этого этапа проверьте поле «Объём растворителя, м³» (пример: 0.06) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — при равновесии между фазами».

Ввод параметров и единицы

Начните с поля «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 140000). Оно соответствует конкретному состоянию процесса. В уравнениях, использующих температуру, нужна шкала Кельвина, а для давления — абсолютные паскали, а не показания избыточного давления. Для этого этапа проверьте поле «Отношение коэффициентов фугитивности» (пример: 1.02) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — при равновесии между фазами».

Величина «Абсолютная температура, К» (пример: 640) задаёт следующий независимый показатель. Её нельзя автоматически считать коэффициентом давления или концентрацией, если в поле явно указана иная физическая величина. Равновесную константу задают как безразмерную величину относительно стандартного давления. Для неидеальных смесей необходимо отношение коэффициентов фугитивности продуктов и реагентов; оно не совпадает с обычным Z. Для этого этапа проверьте поле «Коэффициент сжимаемости Z» (пример: 0.99) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — при равновесии между фазами».

Поле «Общее количество A₂ с учётом раствора, моль» (пример: 2) используется одновременно с другими измерениями. Проверьте, не перепутаны ли литры и кубические метры, массовая и молярная доля, коэффициент Генри и вириальный коэффициент. Именно такие ошибки часто дают правдоподобное число с неверным смыслом. Для этого этапа проверьте поле «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 140000) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — при равновесии между фазами».

Алгоритм расчёта

Первым действием определяются соответствующие исходному состоянию значения: количество вещества, полное давление, состав или молярный объём. Для этой задачи участвует «Газовая константа диссоциации Kp» (пример: 0.7). Для реакции A₂ ⇄ 2A число газовых частиц увеличивается при диссоциации. Поэтому повышение суммарного давления обычно смещает равновесие к молекулярному компоненту, если температура и константа остаются фиксированными. Для этого этапа проверьте поле «Абсолютная температура, К» (пример: 640) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — при равновесии между фазами».

Затем используется «Отношение коэффициентов фугитивности» (пример: 1.02). Если расчёт относится к двум фазам, газ и раствор рассматриваются отдельно. Если речь идёт о последовательных давлениях, для промежуточного состояния выполняется самостоятельное вычисление. Для этого этапа проверьте поле «Общее количество A₂ с учётом раствора, моль» (пример: 2) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — при равновесии между фазами».

Последний этап — значение «Коэффициент сжимаемости Z» (пример: 0.99) вместе с зависимостью Kp=(pA/p°)²/(pA₂/p°)·(φA²/φA₂); A₂⇌2A. Значительная часть вещества может находиться в жидкой фазе. Баланс составляют отдельно для свободного газа и растворённого вещества, затем связывают их равновесным парциальным давлением. Отдельные результаты должны оставаться согласованными по материальному балансу. Для этого этапа проверьте поле «Инертный газ, моль» (пример: 1) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — при равновесии между фазами».

Пример результатов

При исходных значениях, заранее указанных в форме, первый результат: «Степень диссоциации, %» — 37.663336. Его нужно сопоставлять с измеренными условиями в задаче «Степень диссоциации газа по давлению — при равновесии между фазами». Для иной температуры или другого давления это значение необходимо рассчитывать повторно. Для этого этапа проверьте поле «Газовая константа диссоциации Kp» (пример: 0.7) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — при равновесии между фазами».

Второй показатель того же расчёта: «Атомарный продукт A, моль» — 1.506533. В отличие от предыдущего он может иметь другую физическую размерность. Учитывайте, что коэффициент активности, абсолютное количество вещества и объём газа нельзя складывать или сравнивать как однородные числа. Для этого этапа проверьте поле «Коэффициент Генри, моль/(м³·Па)» (пример: 8e-06) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — при равновесии между фазами».

Третий независимый показатель: «Молекулярный A₂ в газе, моль» — 1.224677. Для понимания зависимости попробуйте изменить «Абсолютная температура, К» (пример: 640), оставив другие поля постоянными. Если входные данные продолжают отвечать ограничениям модели, результат перестраивается без изменения общего закона сохранения вещества. Для этого этапа проверьте поле «Объём растворителя, м³» (пример: 0.06) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — при равновесии между фазами».

Когда модель перестаёт работать

Один из дополнительных проверяемых результатов: «Растворённый A₂, моль» — 0.022057. При изменении температуры равновесная константа может измениться в соответствии с тепловым эффектом реакции. Если часть недиссоциировавшего вещества растворяется, равновесие и материальный баланс должны определяться совместно. При невозможном сочетании исходных условий корректнее получить отказ в расчёте, чем отрицательное количество вещества или неограниченный по величине объём. Для этого этапа проверьте поле «Отношение коэффициентов фугитивности» (пример: 1.02) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — при равновесии между фазами».

Ограничение данной версии: Закон Генри входит непосредственно в уравнение сохранения A₂; газовая реакция и растворение решаются совместно. Не следует распространять вычисленные коэффициенты на высокие давления или температуры вне диапазона известных свойств вещества без проверки измеренными данными. Для этого этапа проверьте поле «Коэффициент сжимаемости Z» (пример: 0.99) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — при равновесии между фазами».

Обратите внимание на параметр «Общее количество A₂ с учётом раствора, моль» (пример: 2): его изменение не всегда допустимо независимо от остальных величин. Для закрытого сосуда давление, температура и объём взаимосвязаны, а для газожидкостного равновесия дополнительно задан химический потенциал вещества. Для этого этапа проверьте поле «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 140000) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — при равновесии между фазами».

Как использовать полученные значения

Эта страница помогает сравнивать измерения с расчётной моделью и находить величину «Степень диссоциации, %» — 37.663336. Значительная часть вещества может находиться в жидкой фазе. Баланс составляют отдельно для свободного газа и растворённого вещества, затем связывают их равновесным парциальным давлением. При подготовке технической оценки полезно выполнить минимум два набора исходных условий. Для этого этапа проверьте поле «Абсолютная температура, К» (пример: 640) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — при равновесии между фазами».

Сравните также «Атомарный продукт A, моль» — 1.506533 и «Молекулярный A₂ в газе, моль» — 1.224677. В частности, если меняется только «Инертный газ, моль» (пример: 1), нужно понимать, соответствует ли такой эксперимент реальному процессу, а не невозможному сочетанию состояния газа и жидкости. Для этого этапа проверьте поле «Общее количество A₂ с учётом раствора, моль» (пример: 2) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — при равновесии между фазами».

Для инженеров и студентов этот расчёт показывает взаимосвязь независимых параметров в термодинамическом уравнении. Но для проектирования оборудования и оценки безопасности дополнительно нужны физические свойства конкретных веществ и опытные данные. При изменении температуры равновесная константа может измениться в соответствии с тепловым эффектом реакции. Если часть недиссоциировавшего вещества растворяется, равновесие и материальный баланс должны определяться совместно. Для этого этапа проверьте поле «Инертный газ, моль» (пример: 1) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — при равновесии между фазами».

Формула расчёта

Проверенные примеры

Как пользоваться онлайн-калькулятором

1. Укажите конечное абсолютное давление, па, абсолютная температура, к, общее количество a₂ с учётом раствора, моль.
2. Введите остальные величины, строго соблюдая единицы и физические ограничения.
3. Нажмите «Рассчитать», затем проверьте исходные доли, парциальные давления и материальный баланс.
4. Закон Генри входит непосредственно в уравнение сохранения A₂; газовая реакция и растворение решаются совместно.