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偏心因子

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偏心因子(英語:acentric factor),符號:ω,是熱力學中描述流體特性的一個參數,由美國物理化學肯尼斯·皮策英語Kenneth Pitzer於1955年提出[1]。其和分子質量臨界溫度臨界壓力臨界體積(或臨界壓縮率)等參數一樣,成為確定物質是否是為純相的標準參數[2]。偏心因子也被認為是分子非球形度的量度[2],對於球形非極性分子,偏心因子為0;隨着分子結構的複雜程度和極性的增加,偏心因子也相應變大,因此偏心因子數值的大小反映了分子形狀和極性大小,其一般小於1,常介於0-0.4之間[3]

皮策通過研究各種純物質的蒸氣壓曲線發明了這一因子,皮策定義的偏心因子關係式如下[4]

下,

其中對比飽和蒸汽壓解析失败 (SVG(MathML可通过浏览器插件启用):从服务器“http://localhost:6011/zh.wikipedia.org/v1/”返回无效的响应(“Math extension cannot connect to Restbase.”):): {\displaystyle T_\text{r} = T / T_c}對比溫度。

按照定義可知,偏心因子值並不能直接測量出,而是由臨界溫度、臨界壓力值和對比溫度=0.7下的蒸氣壓值及其溫度關聯式三個參數計算得到[3]。從熱力學角度來看,純物質的蒸氣壓曲線可以用克勞修斯-克拉珀龍方程的進行描述,並通過該方程的積分形式對對數蒸氣壓絕對溫度倒數進行線性擬合即可得到第三個計算所需的參數[1]

對於一系列流體,隨着偏心因子升高,蒸氣壓曲線下拉,沸點升高。對於單原子流體,,偏心因子ω近乎為0(如ArKrXe惰性氣體)。在一般情況下,高於大氣壓下流體的沸點。任何流體的ω值都可以通過精確的實驗蒸汽壓數據確定。除了惰性氣體,對於接近球形的分子,ω也非常接近於零。 ω ≤ −1的值對應於臨界壓力以上的蒸氣壓,是非物理的[2]

偏心因子可以通過一些狀態方程分析預測。例如,從上述定義可以很容易地看出,范德華流體的偏心因子約為−0.302024,如果將其應用於真實系統,則表明該分子很小,呈超球形[5]

常見氣體分子的偏心因子

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分子 偏心因子[6]
丙酮 0.304[7]
乙炔 0.187
氨氣 0.253
氬氣 0.000
二氧化碳 0.228
癸烷 0.484
乙醇 0.644[7]
氦氣 −0.390
氫氣 −0.220
氪氣 0.000
甲醇 0.556[7]
氖氣 0.000
氮氣 0.040
一氧化二氮 0.142
氧氣 0.022
氙氣 0.000
0.2120[8]

參見=

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參考文獻

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  1. ^ 1.0 1.1 Adewumi, Michael. Acentric Factor and Corresponding States. Pennsylvania State University. [2013-11-06]. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 Saville, G. ACENTRIC FACTOR. A-to-Z Guide to Thermodynamics, Heat and Mass Transfer, and Fluids Engineering. 2006. doi:10.1615/AtoZ.a.acentric_factor. 
  3. ^ 3.0 3.1 衣守志,胥金輝. 偏心因子数据的计算方法研究进展. 天津科技大學學報. 2005, 20 (1): 17-20. doi:10.3969/j.issn.1672-6510.2005.01.005. 
  4. ^ Acentric Factor Calculator. www.calculatoratoz.com. [2024-05-17] (英語). 
  5. ^ Shamsundar, N.; Lienhard, J. H. Saturation and metastable properties of the van der waals fluid. Canadian Journal of Chemical Engineering. December 1983, 61 (6): 876–880 [10 August 2022]. doi:10.1002/cjce.5450610617. 
  6. ^ Yaws, Carl L. Matheson Gas Data Book. McGraw-Hill. 2001. 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 Reid, R. C.; Prausnitz, J. M.; Poling, B. E. The Properties of Gases and Liquids 4th. McGraw-Hill. 1987. ISBN 0070517991. 
  8. ^ Dortmund Data Bank