Инертные газы - Фастовский В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
1 2 3 4 5 6 • 7 8 9 10 11 12 13 14 15 мХеі» Хе"2 Хе"3 Хе"5 Хе!" Хе»7 Хе133 Хе"5 Хеі38 Хеіз9 ХЄ140 Хе"1 Хе»3 Хе"* р+ , р+ ЭЗ ИП** ЭЗ р-р-р-р-р-р~ р-р_ р- 40 мин 19,5 ч 1,8 ч 18 ч 75 сек 36,4 дня 5,27 дня 9,2 ч 3,9 мин 17 мин 41 сек 16 сек 1,7 сек. 1 сек 1 сек.
* Захват орбитального электрона. ** Изомерный переход.
4*
действия криптона и ксенона с фтором, можно осуществить разделение продуктов деления ядерных реакторов — радиоактивных криптона и ксенона, т. е. очистить криптон от примесей ксенона.
Радиоактивные изотопы
В гл. I (см. табл. 1.2) приведены стабильные изотопы инертных газов. Известно большое число радиоактивных изотопов, особенно изотопов тяжелых инертных газов, криптона и ксенона, для которых характерен р-распад с испусканием отрицательной р-частицы [20]. В табл. 2.3 дан перечень некоторых радиоактивных изотопов инертных газов с указанием типа распада и длительности периода полураспада; последняя резко различна для разных изотопов данного элемента — от 1 сек для Кг97 до 2,1 • 105 лет для Кг81. Образующийся при ядерных испытаниях Кг85 (7,1/1=10,6 года) длительно отравляет атмосферу, что обусловлено его медленным распадом. Наряду с этим изотоп Кг85, как и некоторые другие изотопы (Хе135 и др.), находит применение в качестве источника ионизирующего излучения.
Потенциалы возбуждения и ионизации
Процесс возбуждения нейтрального атома сопровождается переходом электрона на более высокий энергетический уровень, что требует затраты энергии [21, 22]. В табл. 2.4 приведены
Таблица 2.4 Потенциалы возбуждения и ионизации инертных газов "
Газ
Потенциалы возбуждения и длины волн резонансных линий
К А
Потенциалы ионизации, эв
и,
Не
Ые Аг Кг Хе
20,86 21,20 16,62 16,79 11,56 11,77 9,98 10,59 8,39 9,52
592 584 743 736 1067 1048 1236 1165 1469 1295
24,46 21,47 15,68 13,93 12,08
54,4 41,0 27,6 26,5 21,2
63,2 40,7
нижние значения потенциалов возбуждения; спектральные линии, излучаемые в результате переходов атома из нижних возбужденных состояний в нормальное, называются резонансными.
42
При ионизации атома происходит отрыв электрона от нейтрального атома или отрыв второго электрона от ионизованного атома; соответственно ионизационные потенциалы ии {]2 характеризуют наименьшее количество энергии (в электронвольтах), которое необходимо для отрыва соответствующего электрона, удаляемого из сферы действия ядра.
Магнитная восприимчивость
Инертные газы диамагнитны, их магнитная восприимчивость отрицательна. В табл. 2.5 [23] приведены значения магнитной восприимчивости к, которые в пределах температуры опытов (от +25 до —185° С) мало меняются.
Таблица 2.5
Магнитная восприимчивость ииертиых газов
>е-10е х- 10е
Газ на 1 Газ на 1
моль МОЛЬ
' Не -1,9 Кг —28,0
Ые -7,2 Хе —43,0
Аг —19,4
?1
0,6 0,4 0,2
Не 1 і/1/Є Идеальный газ г=-\ ,
\ " Аг
' Кг
0 10
50
100 р, атп
Рис. 2.1. Сжимаемость инертных газов.
Сжимаемость
Уравнение изотермы идеальных газов рУ=ЯТ; на кривой рУ—р эта зависимость изобразится прямой линией, параллельной оси давлений. Данные о сжимаемости реальных газов характеризуют отклонения от зависимости рУ=ЯТ, присущей идеальному состоянию. Эти отклонения выражаются обычно степенью сжимаемости р=рУ/роУо (р — давление газа; У — удельный объем при данном р; р0Уо — произведение давления на удельный объем при нормальных условиях — 0°С и 1 атм) или коэффициентом сжимаемости 1 — рУ/ЯТ (Я— газовая постоянная; Т — температура, °К). Очевидно, что
р = -^-г = КТ1, (2.1)
где К~Я/р0У0. Универсальная газовая постоянная Я— = 82,053 атм • см3/(моль-град), молярный объем газа Уо при 0°С и 1 атм равен 22 400 см3. Подставляя эти величины в уравнение (2.1), получаем соотношение между р и 1 в простой форме:
р = 0,0036772. (2.1а)
43
На рис. 2.1 показан характер сжимаемости инертных газов при температуре 21°С; как видно, гелий и неон менее сжимаемы, чем идеальные газы (рУ/р0У0>1), а аргон, криптон и ксенон— более сжимаемы (рУ/р01/о<1).
Уравнение Ван дер Ваальса качественно правильно отражает характер зависимости между термическими параметрами (р, V, Т) реальных газов:
(р+~-)(У-Ь) = ЯТ. (2.2)
Здесь р —в атм; У —в см3/моль; # = 82,053 атм-см3/(мольХ Хград). Значения постоянных а и Ъ по смыслу уравнения Ван дер Ваальса постоянны* и для инертных газов даны в табл. 2.6.
Таблица 2.6 Значения постоянных уравнения Ван дер Ваальса
Г аз а, 10—6 атм-см61 моль Ь, см3/моль Газ а. Ю-6 атм-сме/моль Ь, см3/моль
Не Ые Аг 0,033 2,16 1,35 23,2 17,6 32,3 Кг Хе 2,31 4,118 39,8 51,4
Накоплен значительный опытный материал по сжимаемости инертных газов (особенно Не, Аг), возросла точность определения опытных р — V — Г-данных и соответственно усложнились уравнения состояния газов для широкой области изменения параметров (р н Г). Этот обширный раздел термодинамики представлен в специальных монографиях, например [24—26]. Здесь уместно ограничиться описанием некоторых опытных данных, необходимых для инженерной работы.
Уравнение Камерлинг-Оннеса [27] предназначено для точного описания опытных данных; в качестве независимых параметров выбраны абсолютная температура Т и удельный объем (или плотность):
