Структура, фазовые переходы и тепловое расширение этана С₂Н₆

Abstract

Проведены рентгеновские исследования поликристаллического этана в интервале температур 6–90 К. Подтверждены предложенная ранее моноклинная структура ориентационно упорядоченной низкотемпературной фазы III, а также наличие орторомбической II и кубической I ОЦК фаз вблизи температуры плавления. Показано, что промежуточная фаза II имеет ячейку с параметрами a = 4,289Å, b = 5,660Å и с = 5,865Å. Определена величина скачка объема ΔV на фазовом III–II переходе, равная 0,21 см3/моль (0,5 %). На основании невоспроизводимости в режимах нагрева и охлаждения высказано предположение о метастабильности фазы II. Установлено, что изменение объема на фазовом превращении моноклинная–ОЦК фазы в интервале температур 89,5–90 К достигает ΔV = 3,05 см³/моль или 7,1%. Впервые исследованы температурные зависимости параметров и объема низкотемпературной моноклинной фазы III. Определены коэффициенты линейного и объемного теплового расширения. Обнаружена анизотропия линейного теплового расширения в плоскости моноклинности ас, значительно возрастающая при приближении к температуре фазового перехода. Рассчитаны теплоемкость этана при постоянном объеме СV, постоянная Грюнайзена и определена разность СP – СV. Показано сильное увеличение СP – СV при температурах выше 50 К, обусловленное усилением вращательного движения молекул.

Проведено рентгенівські дослідження полікристалічного етану в інтервалі температур 6–90 К. Підтверджені запропонована раніше моноклінна структура орієнтаційно впорядкованої низькотемпературно ї фази III, а також наявність орторомбічної II та кубічної I ОЦК фаз поблизу температури плавлення. Показано, що проміжна фаза II має комірку з параметрами a = 4,289Å, b = 5,660Å та с = 5,865Å. Визначено величину стрибка об’єму ΔV на фазовому III–II перетворенні, яка виявилась рівною 0,21 см3/моль (0,5%). На підставі неможливості відтворення в режимах нагріву й охолодження висловлено припущення щодо метастабільності фази II. Встановлено, що зміна об’єму на фазовому перетворенні моноклінна–ОЦК фази в інтервалі температур 89,5–90 К досягає ΔV = 3,05 см³/моль або 7,1%. Вперше досліджено температурні залежності параметрів та об’єму низькотемпературної моноклінної фази III. Визначено коефіцієнти лінійного та об’ємного теплового розширення. Визначено анізотропію лінійного теплового розширення в площині моноклінності ас, яка значно зростає з наближенням до температури фазового перетворення. Розраховано теплоємність етану при постійному об’ємі СV, пост ійна Грюнайзена та визначено різницю СP – СV. Показано сильний зріст СP – СV при температурах вище 50 К, який обумовлений посиленням обертового руху молекул.

X-ray investigations of polycrystalline ethane are carried out in the temperature range 6–90 K. The previously suggeted monoclinic structure of orientation ordered low-temperature phase III and the existence of orthorhombic II and cubic I bcc phases near the melting temperature are corroborated by the experiments. It is shown that intermediate phase II has a cell with parameters a = 4.289Å, b = 5.660Å and с = = 5.865Å. The abrupt change in volume at phase III-II transition is determined to be ΔV = 0.21 cm³/mol (0.5%). Irreproducibility of II phase on heating and cooling makes it possible to sugges that it is metastable. The change in volume under monoclinic- bcc phase transition in the temperature range 89.5–90 K may be as great as ΔV = 3.05 cm 3 /mol or 7.1%. The temperature dependences of parameters and volume of low temperature monoclinic phase III were investigated for the first time. The coefficients of linear and volume thermal expansion are determined. An anisotropy of the linear heat expansion in the monoclinic plane ac is observed. It increases considerabl with approaching the phase transition temperature. The heat capacity at constant volume CV, the Grunaizen constant and the difference СP – СV are estimated. It is shown that at temperatures above 50 K СP – СV grows maked by due to enhancement of molecular rotatation.