氮的热力学

氮是一种惰性非爆炸性物质，广泛用于科学研究和工业用途。这种气体的热力学性质的知识对于化学工业设备的设计是必不可少的。在研究氮的热性质时，使用了很宽的温度和压力范围。这篇文章的目的是解释热力学的一些概念，以及它们如何用于研究氮的性质，而不是为特定条件展示几乎无限数量的数据表。

热力学

热力学可以被定义为研究能量与物质的转换和相互作用的学科。分子不是刚体，而是一个由粒子占据的空间，充满了电子云，电子云的量子态会发生变化。(觉得这很难吗?继续阅读;最后会变得更简单。)分子通常被建模为一组大小不同的球体，通过弹簧相互连接，弹簧代表“球体”之间的吸引力和斥力。

系统的概念

在热力学中，系统是边界明确的区域。统计热力学计算由大量分子组成的系统的功能。从这个意义上说，人们通过计算动力学微观状态的平均值和概率来关注系统的宏观性质。玻尔兹曼分布定律表示各个状态出现的频率。

玻尔兹曼分布定律

考虑与系统状态相关的能量ε，这种状态发生的频率(发生的概率)与之成正比

e -ε/ K。T

术语K.T被称为热能，其中K是玻尔兹曼常数，T是系统的绝对温度(开尔文)。

配分函数

配分函数(q)是一个系统在给定温度下平衡时可能状态的数量(平均)的度量。它可以表示为能级或状态的和:

q =∑j e -εj / K.T

其中j代表每个状态。对于1mol理想态双原子气体配分函数可表示为:

q = (1 / N0!)(qnu。四分之一。秦)N0

其中N0是阿伏伽德罗数，qnu、qtr和qin分别表示函数的核、平动和内部贡献(自由度)。

在低温下，εnv,j -为振动转动能双原子分子通常可以表示为:

εnv,j = hc。{(ν + 1/2)。ωen + j.(j+1)。Βen - {(ν + 1/2) ωe。χen - j2.(j+1)Dn - (ν + 1/2).j.(j+1).αen}

在哪里h为普朗克常数，c是光速，ωen是基本振动频率n电子态,D离心拉伸常数和α为振动-旋转耦合常数。

然而，这个方程不能应用于高温。在这种情况下，热力学性质可以通过第二维里系数得到，B为两个相互作用的原子。

维里系数

维里系数用于系统压力的维里展开，它提供了比理想气体定律更好的近似。

让我们考虑一下:

2 n (g)↔N2_ (g) _

该反应的平衡常数如下:

Kp = (Kc / R.T) = (1 / K.T)。{[q(N2) / V] / [q(N) / V]2}

其中Kp是与压力有关的平衡常数，Kc是与浓度有关的平衡常数，V是系统的体积，问(N)而且问(N2)为的配分函数N和N2。

维里系数B (T)由:

B(T) = - Kc

参考文献

PHAIR, R.等人。高温下氮分子的热力学性质。国际热物理杂志， vol.11, n. 1, 1990。

SYCHEV, V。氮的热力学性质．西半球出版公司，1987年。

在1000pa压力下，氮气从冻结线到2000K的热力学性质。期刊。化学。参考数据。， vol. 15, n. 2, 1986。

用于钢铁工业和金属生产工业的氮气。普莱克斯