DOI: https://doi.org/10.18198/j.ind.gases.2016.0818

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАНА ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ

Л. Н. Якуб, Е. С. Бодюл

Аннотация


Исследование термодинамических свойств твёрдого метана при высоких давлениях является актуальной задачей. Интерес к свойствам метана существенно возрастает в связи с поиском энергоёмких молекулярных систем на основе новых углеродных материалов, пригодных для хранения и лёгкого извлечения из них молекулярного водорода как топлива. Предложено теоретически обоснованное уравнение состояния метана, построенное в рамках теории возмущений, где в качестве опорной выступает система сферических молекул, а октуполь-октупольное взаимодействие является возмущением. Рассчитаны термодинамические функции твёрдого метана на линии плавления в интервале температур 90–300 K. Приведены оценки вклада октуполь-октупольного взаимодействия в различные термодинамические свойства твердого метана. Показано, что на линии плавления вклад октуполь-октупольного взаимодействия меньше, чем на линии сублимации. 


Ключевые слова


метан; уравнение состояния; линия плавления; термодинамические функции; высокие давления

Полный текст:

PDF PDF (English)

Пристатейная библиография ГОСТ


1. Прохватилов А.И., Гальцов Н.Н., Клименко Н.А. и др. Структура твёрдых фаз SH4// Физика низких температур. — 2008. — T. 34. — № 2. — C. 185–196.

2. Прохватилов А. И., Исакина А.П. Параметры решётки, коэффициенты теплового расширения и плотность вакансий в твердом СН4// Физика низких темgератур. — 1983. — T. 9. — № 4. — C. 419–428.

3. Stofan E. R., Elachi C., Lunine J. I. et al. The lakes of Titan// Nature. — 2007. — Vol. 445. — P. 61–64.

4. Buie M., Lebofsky L. A., Tedesco E. F. et al. Methane map for Pluto based on mutual events// Bulletin of the American Astronomical Society. — 1989. — Vol. 21. — P. 985–980.

5. Owen T. C. Roush T. L., Cruikshank D. P. et al. Surface Ices and the Atmospheric Composition of Pluto// Science. — 1993. — Vol. 261. — № 5122. — P. 745–748. [Электронный ресурс]: DOI: http://dx.doi.org/10.1126/science.261.

5122.745.

6. Quirico E., Schmitt B., Bini R. et al., Spectroscopy of some ices of astrophysical interest: SO2, N2 and N2: CH4 mixtures// Planet. Space Sci. — 1996. — Vol. 44. — No. 9. — P. 973–986. [Электронный ресурс]: DOI: http://dx.doi.org/ 10.1016/0032-0633(96)00006-2.

7. Bini R., Pratesi G. High-pressure infrared study of solid methane: Phase diagram up to 30 GPa// Physical Review. B. — 1997. —Vol. 55. — No. 22. — P. 14800-14809. [Электрон-

ный ресурс]: DOI: http://dx.doi.org/10.1103/physevb.55.14800.

8. Takehiko Yagi, Hiroto Suzuki. Melting curve of methane to 4.8 GPa determined by the ruby pressure-temperature marker// Proc. of the Japan Academy. Ser. B: Physical and Biological Sciences. — 1990. —Vol. 66. — No. 9. — P. 167–172. [Электронный ресурс]: http://dx.doi.org/ 10.2183/pjab.66.167.

9. Zheng Zhao-Yang, Zhao, Ji-Jun. Lattice Energies and Elastic Properties of Solid Methane// Acta Physico-Chimica Sinica — 2012. — No. 28 (8). — P. 1809–1814.

10. Zhao Juan, Feng Wan-Xiang, Liu Zhi-Ming et al. Structural Investigation of Solid Methane at High Pressure// Chinese Physics Letters. — 2010. — Vol. 27. — No. 6. — P. 066101-1–066101-3.

11. Yakub L., Yakub E. Absolute Helmholtz free energy of highly anharmonic crystals: Theory vs Monte Carlo// Journ. Chem. Phys. — 2012. — Vol. 136. — P. 144508. [Электронный ресурс]: DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.3702437.

12. Barroso M. A., Ferreira A. L. Solid-fluid coexistence of the Lennard-Jones system from absolute free energy calculations// Journ. Chem. Phys. — 2002. — Vol. 116. — No. 16. — P. 7145. [Электронный ресурс]: DOI: http://dx.doi.org/ 10.1063/1.1464828.

13. Gubbins K. E., Grey C. G. Perturbation theory for the angular pair correlation function of molecular fluid.// Molec. Phys. — 1972. — Vol. 23. — No. 1. — P. 187–191. [Электронный ресурс]: DOI:http://dx.doi.org/10.1080/00268977200100171.

14. Misra R. D., Born M. On the stability of crystal lattices. II// Proc. Cambr. Phys. Soc. — 1940. — Vol. 36. — No. 2. — P. 173–182.

15. Yakub L. Theoretical Equation of State for Highly Anharmonic Solids// International Journal of Thermophysics. — 2013. — Vol. 35. — No. 9–10. — P. 1957–1965. [Электронный ресурс]: DOI: http://dx.doi.org/10.1007/ s10765-012-1381-z.

16. Якуб Л. Н. Каноническое уравнение состояния и термодинамические свойства отвердевших инертных газов// Холодильная техника и технология. — 2013. — № 3 (143). — С. 30–33.

17. Yakub L. N., Bodiul O. S. Low-temperature equation of state of solid methane// Холодильна техніка та технологія. — 2016. — Т. 52. — № 1. — С. 80–85.

18. Stogryn D.E., Stogryn A.P. ( 1966.) Molecular multipole moments// Mol. Phys. —Vol. 11. — No. 4. — P. 371–393.

19. Кессельман П.М., Каменецкий В.Р., Якуб Е.С. Свойства переноса реальных газов. — К.: Вища школа, 1976. — 151 с.

20. Cheng V. M., Daniels W. B., Crawford R. K. Melting parameters of methane and nitrogen from 0 to 10 kbar// Phys. Rev. B. — 1975. — Vol. 11. — No. 10. — P. 3972–3975.

21. Steward J. W. Phase transitions and compressibility of solid CH4, CD4, O2// Jornal Phys. Chem. Solids. — 1960. — Vol. 12. — No. 2. — P. 122–129.

 





Flag Counter