Factor de compresibilidad
[1] En general, la desviación del comportamiento ideal se vuelve más significativa cuanto más cercano esté un gas a un cambio de fase, sea menor la temperatura o más grande]] la cual toma constantes empíricas de compuestos específicos como datos de entrada.
como una función de la presión a temperatura constante.
Para un gas ideal, el factor de compresibilidad es
En muchas aplicaciones del mundo real, los requerimientos de precisión demandan que las desviaciones del comportamiento de un gas, esto es, el comportamiento de un gas real, sean tomadas en cuenta.
generalmente se incrementan con la presión y decrecen con la temperatura; a altas presiones las moléculas colisionan más a menudo, y esto permite que las fuerzas repulsivas entre las moléculas tengan un efecto notable, volviendo al volumen molar del gas real (
) más grande que el volumen molar del correspondiente gas ideal (
[3] Cuando las presiones son menores, las moléculas son libres de moverse; en este caso, dominan las fuerzas de atracción, haciendo que
La relación única entre el factor de compresibilidad, la temperatura y presión reducidas,
Eso provee una base más importante para desarrollar correlaciones de propiedades moleculares.
En cuanto a la compresibilidad de los gases, el principio de estados correspondientes indica que cualquier gas puro a la misma temperatura reducida,
La temperatura y la presión reducidas están definidas por Aquí
Estas son características de cada gas específico, siendo
la temperatura sobre la cual no es posible licuar un gas dado y
es la presión mínima requerida para licuar un gas en su temperatura crítica.
Juntos ellos definen el punto crítico de un fluido sobre el cual no existe una distinción entre las fases líquida y gaseosa de un fluido dado.
Para obtener un gráfico generalizado que pueda ser usado para muchos diferentes gases, la presión y temperatura reducidas,
, se utilizan para normalizar los datos del factor de compresibilidad.
Existen gráficos de factor de compresibilidad generalizados más detallados basados en tantos como 25 o más gases puros diferentes, tales como los gráficos Nelson-Obert graphs.
Dichos gráficos se dice que tienen una precisión dentro del 1-2 por ciento para valores de
mayores que 0.6 y dentro del 4-6 % para valores de
Los gráficos de factor de compresibilidad generalizados pueden ser considerablemente erróneos para gases fuertemente polares, los cuales son gases para los que los centros de carga positiva y negativa no coinciden.
Los gases cuánticos hidrógeno, helio y neón no se ajustan al comportamiento de estados correspondientes y la presión y temperatura reducidas para esos tres gases deberían ser redefinidas de la siguiente forma para mejorar la precisión al predecir sus factores de compresibilidad cuando se utilizan los gráficos generalizados:
[4] La ecuación del virial es especialmente útil para describir las causas de la no-idealidad a nivel molecular (muy pocos gases son monoatómicos) ya que se deriva directamente de la mecánica estadística: donde los coeficientes en el numerador se conocen como coeficientes viriales y son funciones de la temperatura.
Los coeficientes viriales tienen en cuenta las interacciones entre grupos sucesivamente más grandes de moléculas.
toma en cuenta interacciones entre tres moléculas de gas, y así sucesivamente.
Debido a que las interacciones entre grandes números de moléculas son raros, la ecuación del virial es usualmente truncada después del tercer término.
[5] Es extremadamente difícil generalizar a qué valores de presión o temperatura se vuelve importante la desviación del comportamiento de gas ideal.
Por ejemplo para el clorometano, una molécula altamente polar y por tanto con fuerzas intermoleculares significativas, el valor experimental para el factor de compresibilidad es de
Los valores experimentales para el factor de compresibilidad confirman esto.
son calculados a partir de valores de presión, volumen (o densidad), y temperatura en Vassernan, Kazavchinskii, y Rabinovich, Thermophysical Properties of Air and Air Components; Moscú, Naúka, 1966, y NBS-NSF Trans.
