2.3 Агрегатные состояния парафинов

В зависимости от температуры и давления, парафины могут быть в газообразном, жидком или твердом состоянии. При нормальных физических условиях (P_атм=0,1013 МПа и Т=273 К), метан (СН₄), этан (С₂Н₆), пропан (С₃Н₈), изобутан (i-С₄Н₁₀), нормальный бутан (n-C₄Н₁₀) – газы, начиная с изопентана (i-С₅Н₁₂) и до тетрадекана (С₁₄Н₃₀) – жидкости, последующие находятся в твердом состоянии. Для того чтобы разобраться, каким образом тот или иной углеводород, может быть переведен из одного агрегатного состояния в другое, обратимся к диаграмме давление – температура, представленной на рисунке 2.6. Линия ВС_кр – граница жидкого и парообразного состояния или ее еще называют кривой давления насыщенного пара, заканчивается в критической точке С_кр, которая соответствует критической температуре и давлению, где различия между жидкостью и газом исчезают, поскольку свойства обеих фаз становятся идентичными. Пунктирная линия соответствует критической температуре, при больших значениях температуры вещество будет только в газообразном состоянии и никаким повышением давления оно не превратится в жидкость. Штрихпунктирная линия соответствует критическому давлению, выше которого для однокомпонентного флюида, одновременное существование двухфазного состояния невозможно. АВ – граница твердого состояния и пара (линия сублимации). ВD – граница твердого и жидкого состояния (линия плавления). Точка В – тройная точка.

Рисунок 2.6 – Диаграмма давление - температура

Для лучшего понимания фазовых переходов рассмотрим следующий эксперимент. Если над индивидуальным углеводородным компонентом находящемся в точке П, (парообразное состояние), повышать давление при постоянной температуре до точки Ж₁, то при достижении давления в точке В₁ (равного упругости насыщенного пара) этот компонент, конденсируется и переходит в жидкое состояние. Процесс перехода из парообразного состояние в жидкое, называется конденсацией. Далее при постоянном давлении, повышение температуры от точки Ж₁ до точки Г₁, приводит к тому, что компонент, переходит в точке В₂ обратно в парообразное состояние (испаряется). Точка В₃ соответствует критической температуре данного вещества. Согласно рисунку 2.6, в точке В₃, происходит переход из парообразного состояния в газообразное, но на самом деле, границы между двумя этими состояниями не существует, так как, это одно и тоже агрегатное состояние (газообразное). Область под кривой АС_кр, называют парообразным состоянием потому, что из этого состояния при постоянной температуре, путем повышения давления можно перевести вещество в жидкое состояние, а из газообразного состояния нельзя. Повышение давления при постоянной температуре от точек Г₁ до Г₂ не приводит ни к каким переводным процессам. Понижение температуры от точек Г₂ до Ж₂, при постоянстве давления привод к тому, что в точке В₄ вещество непрерывно переходит в жидкое состояние, минуя двухфазное состояние.

Рассмотрим другой процесс, когда над веществом находящимся в точке Т (твердое состояние), повышать температуру при постоянном давлении (допустим что, это давление будет равно атмосферному) до точки П (парообразное состояние), то в точке Т₁, начнется процесс плавления, то есть переход из твердого состояния в жидкое, а в точке П₁, процесс кипения (испарения), то есть переход из жидкого состояния в парообразное. Температура в точке Т₁, будет называться температурой плавления данного вещества при атмосферном давлении. Температура в точке П₁, будет называться температурой кипения данного вещества при атмосферном давлении. В таблице 2.1 представлены температуры плавления и кипения алканов.

Таблица 2.1 – Температуры плавления и кипения алканов

№	Вещество	Формула	Температура плавления tпл, ºС при 0,1013 МПа	Температура кипения tкип, ºС при 0,1013 МПа	Агрегатное состояние при (н.у.) Ратм=0,1МПа и t = 0 ºС
1	Метан	СН4	-182,5	-161,5	Газы
2	Этан	С2Н6	-182,8	-88,6
3	Пропан	С3Н8	-187,7	-42,1
4	n-Бутан	n-С4Н10	-138,4	-0,5
5	Изобутан	i-С4Н10	-159,6	-11,8
6	n-Пентан	n-С5Н12	-129,7	36,1	Жидкости
7	Изопентан	i-С5Н12	-159,9	27,4
8	Неопентан	neo-С5Н12	-16,5	9,5
9	n-Гексан	n-С6Н14	-95,3	68,7
10	n-Гептан	n-С7Н16	-90,6	98,4
11	n-Октан	n-С8Н18	-56,8	125,7
12	n-Нонан	n-С9Н20	-53,5	150,8
13	n-Декан	n-С10Н22	-29,6	174,1
14	n-Ундекан	n-С11Н24	-25,6	195,9
15	n-Додекан	n-С12Н26	-9,7	216,3
16	n-Тридекан	n-С13Н28	-6,0	235,4
17	n-Тетрадекан	n-С14Н30	5,5	253,7	Твердые вещества
18	n-Пентадекан	n-С15Н32	9,9	270,6
19	n-Гексадекан	n-С16Н34	18,2	286,8
20	n-Гептадекан	n-С17Н36	22	301,9
21	n-Октадекан	n-С18Н38	28,2	316,1
22	n-Нонадекан	n-С19Н40	32,1	329,7
23	n-Экозан	n-С20Н42	36,8	342,7