¿Por qué el hidrógeno, el helio y el neón conocido como cuántica de los gases en los mediados del siglo 20 química de la literatura?

Question

Así, mientras que la lectura de más de ecuaciones de estados unidos, me enteré de que cuántica de los gases no se ajustan al mismo estado correspondiente comportamiento normal de los fluidos de hacer. ¿Por qué son estos conocida como cuántica de los gases y por qué no se ajustan a la misma correspondiente en el comportamiento del estado como de líquido normal?

Un ejemplo de este lenguaje, que aparece en la Introducción A la Ingeniería Química Termodinámica por JM Smith, es como sigue:

El Lee/Kessler correlación proporciona resultados fiables para gases no polares o sólo ligeramente polar; de estos, los errores de no más de 2 o 3 por ciento se indican. Cuando se aplica a muy polares gases o gases que se asocian, grandes errores que se puede esperar.

El cuántica de los gases (por ejemplo, hidrógeno, helio y neón) no se ajusten a la misma el correspondiente a los estados de comportamiento como normal de líquidos. Su tratamiento por la costumbre correlaciones a veces es acomodado por el uso de dependientes de la temperatura efectiva de los parámetros críticos.¹⁸ Para el hidrógeno, la cantidad de gas que se encuentra más comúnmente en los procesos químicos, se recomienda que las ecuaciones son: \begin{align} T_c/\mathrm{K} = \frac{43.6}{1+\frac{21.8}{2.016 T}} \quad (\text{for H}_2) \tag{3.58} \\ P_c/\mathrm{bar} = \frac{20.5}{1+\frac{44.2}{2.016 T}} \quad (\text{for H}_2) \tag{3.59} \\ V_c/\mathrm{cm}^3\:\mathrm{mol}^{-1} = \frac{51.5}{1-\frac{9.91}{2.016 T}} \quad (\text{for H}_2) \tag{3.60} \end{align}

Answer 1

El uso que le han encontrado está en contradicción con el sentido moderno del término, que (como se explicó en la respuesta existente) tiende a girar en torno a la baja-comportamiento de la temperatura, y puede incluir todo tipo de gases (es decir, todo el camino hasta el rubidio).

En el pasaje que hemos citado parece estar mirando a un comportamiento diferente, y su significado se vuelve más claro en el artículo relacionado

Vapor-Líquido Equilibrios a Altas Presiones. El Vapor de la Fase de los Coeficientes de Fugacidad en Polares y Cuántica-Mezclas de Gases P. L. Chueh, y J. M. Prausnitz. Ind. Ing. Chem. Fundamen. 6, 492 (1967),

disponible en formato pdf aquí, el que hace la afirmación mucho más claro:

Cuántica De Los Gases De

El configuracional propiedades de bajo peso molecular de los gases (hidrógeno, helio, neón) se describen por cuanto, en lugar de la clásica, la mecánica estadística.

(El resto del pasaje se ve extrañamente similar a la que en su libro de texto. Es el Chueh & Prausnitz papel de la referencia 18 citado en su libro? Si no es así, hay algunos bastante flagrante comportamiento de allí).

Básicamente, lo que estamos afirmando es que si eres el estudio de la dinámica de una molécula de gas de salir de la fase líquida y en el espacio más abierto, entonces la mecánica clásica es una buena aproximación tan larga como la molécula es masiva suficiente, y que esta aproximación funciona bien para todos, pero la más ligera de las moléculas.

Que es donde tu ficha de empresa: H$_2$, y Ne son las más ligeras posibles constituyentes de razonable de los gases, como la mayoría de todo lo que confluirá en diatomics que son más pesados que el neón. Es de suponer que el dice que por el momento de llegar a la N$_2$ en masa de 14 y la mecánica cuántica efectos convertido efectivamente insignificante.

(Y hay, por supuesto, irrazonable gases ─ HF en particular, pero también potencialmente Li$_2$ e Se$_2$ ─ que se encuentran por debajo de esa masa-$10$ frecuencia de corte, por lo que presumiblemente la fugacidad cálculos tendría que ser repetido para ellos, pero no creo que el estudio del equilibrio de líquidos y gas fracciones de ácido fluorhídrico como una función de la temperatura es particularmente atractivo experimento.)

Answer 2

A alta temperatura, todos los elementos que dijo que seguirá de cerca el comportamiento de gas ideal.

Los gases llegan cuántica degeneración cuando la temperatura se vuelve frío suficiente tal que la térmica de la longitud de onda de de Broglie (inversamente proporcional a la desviación estándar de impulso - medida que desciende la temperatura, velocidad de propagación disminuye) empieza a ser comparable a la espaciado entre partículas (véase la Wikipedia artículo sobre Térmica de la longitud de onda de de Broglie).

Otra forma de decir lo mismo es que el espacio de fase de la densidad del gas que se empieza a aproximar a la unidad.

En este punto, el quantum de las estadísticas de las partículas se vuelven importantes, y el quantum degenerados de gas pueden ser clasificados como de Bose-Einstein de condensado o de Fermi degenerado de gas, dependiendo de si el elemento es el bosón o fermión. Creo que todos los elementos que se enumeran sólo han bosonic isótopos.

La interacción de Bose-Einstein condensados de pantalla superfluido de comportamiento. Buscar cualquier artículo de divulgación en el BEC.

Ahora algunos misceláneos puntos:

1. La primera de hidrógeno BEC fue creado en el MIT por Dan Kleppner y Tom Greytak. La mayoría de los elementos de forma sólida a temperatura baja, pero estancias de hidrógeno gaseoso. En realidad, usted puede hacer BEC con otros elementos (por ejemplo, álcali), pero son metaestables.

2. el helio es especial, ya que permanece como líquido a baja temperatura. Se necesita una alta presión para hacer solidificar a temperatura baja. Helio superfluido es un ejemplo de la interacción fuerte superfluido, mientras que otros cuántica degenerados gases son normalmente la interacción débil, a menos que se modifique el entre partículas de dispersión de comportamiento de uso de los campos externos.