Химическая энциклопедия - сжимаемость

(объемная упругость), способность в-ва обратимо изменять свой объем под действием равномерного всестороннего давления. Характеризуется коэффициентом С. b, определяемым как относит. изменение объема V(или плотности р) в-ва с изменением давления р:

где DV и Dr-изменения Vир при изменении рна Dp. Величину, обратную b, наз. модулем объемной упругости к. Для твердых тел x = EG/3(3G Ч E), где E-модуль Юнга, G- модуль сдвига (см. Механические свойства). Для идеального газа x = рпри любой т-ре. В общем случае С. в-ва и, следовательно, значения b и к зависят от т-ры Т и давления р, причем, как правило, b уменьшается с ростом р и увеличивается с повышением Т.

На практике для характеристики С. часто пользуются относит. плотностью d = r/r0, где r0 -плотность в-ва при нормальных условиях (273К, 98 кПа). Величины b, получаемые при изотермич. сжатии, обычно превышают значения, полученные в условиях адиабатич. сжатия (для твердых тел при нормальной т-ре на неск. %).

С. оценивают из уравнений состояния, выражающих взаимосвязь давления p, объема Vи т-ры Т, и определяют либо непосредственно по изменению Vпри всестороннем сжатии, либо косвенно-по данным о скорости распространения упругих волн в в-ве или из измерений параметра кристаллич. решетки под действием всестороннего давления. С. однородного и изотропного твердого тела, подвергаемого всестороннему равномерному сжатию, можно определить посредством измерения его линейной деформации, т. е. линейной С., связанной с коэф. объемной С. соотношением:

где L-линейный размер тела. Линейная С. анизотропных в-в различается по направлениям (вплоть до давлений в десятки ГПа), причем С. по направлениям, характеризуемым слабым межатомным взаимод., может значительно превосходить С. по направлениям, вдоль к-рых в кристаллич. решетке имеет место сильное взаимодействие. В общем случае С. есть симметричный тензор. При записи ур-ний состояния часто используют величину Z = pV/RT, наз. фактором сжимаемости; критической С. наз. величину Z кr, получаемую при использовании критич. параметров p кр, V кр, Т кр (R- газовая постоянная).

С. большинства твердых тел при давлениях порядка 10 ГПа характеризуется значением d ! 15-20%, в то время как для щелочных металлов в тех же условиях d ! 40%, а для большинства др. металлов d ! 6-15%, С. жидкостей при давлениях до примерно 1 ГПа описывается с удовлетворит. точностью ур-нием Тэйта:

где V0 и V- объемы при давлениях р 0 и рсоотв., Ви С-эм-пирич: постоянные, причем Взависит от т-ры, а Спрактически не зависит ни от т-ры, ни от давления. С ростом давления С. жидкостей вначале довольно резко уменьшается, а затем изменяется крайне незначительно. Так, коэф. b уменьшается в интервалах давлений 0,6-1,2 ГПа и 0,1-100 МПа приблизительно вдвое; при давлении порядка 1,5 ГПа он составляет 5-10% от исходной величины. В области давлений 30-40 ГПа модули С. жидкостей близки к значениям, типичным для твердых тел.

С. газов с ростом давления остается весьма значительной вплоть до давления ок. 0,1 ГПа, по мере приближения плотности сжимаемого газа к плотности жидкости коэф. b приближается к значениям, характерным для С. жидкости.

Знание С. в-ва позволяет судить о зависимости физ. св-в от межатомных (межмолекулярных) расстояний. Данные по С. используют в расчетах хим. равновесий р-ций в смесях газов, системах газ-жидкость и газ-твердое тело. С. в-в важна в исследованиях работы тепловых машин, эффектов, наблюдаемых при движении твердых тел с большими скоростями в газах и жидкостях, при взрыве и т. п.

Лит.: Гоникберг М. Г., Химическое равновесие и скорость реакции при высоких давлениях, 3 изд., М., 1969; Попова С. В., Бенделиани. H. А., Высокие давления, М., 1974; Циклис Д. С., Плотные газы, М., 1977.

А. А. Овсянников.

Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия

Под ред. И. Л. Кнунянца

1988