K
a r o lO
l s z e w s k i.
0 CI Ś N I E N I U K R Y T Y C Z N E M
W O D O R U .
# S l
m :
KRAKÓW.
NAKŁADEM AKADEMII UMIEJĘTNOŚCI.
SK ŁA D G Ł Ó W N Y W KSIĘG ARNI S P Ó Ł K I W Y D A W N IC Z EJ P O L S K IE J.
W \ V
\ W
K
a r o lO
l s z e w s k i.
i . ' i
^ .• . . .. ... . , . ...i
.. ' ■ 1 , i
0 C I Ś N I E N I U K R Y T Y C Z N E M
W O D O R U .
j r y f ^
KRAKÓW.
NAKŁADEM AKADEMII U M IEJĘTN O ŚCI.
SK ŁA D GŁÓW NY W KSIĘG A R N I SP Ó Ł K I W Y D A W N IC Z EJ P O L S K IE J.
b z Ł o
$
Osobne odbicie z Tomu X X III. Rozpraw W y działu m atem atyczno-przyrodniczego A kadem ii U m iejętności w Krakowie.
K i a k ó w , 1S9 1 . D r u k a r n i a U n i w e r s y t e t u J a p i e l l o i i a k i e g o p o d z a r z f t d e m A , M . K o a t e r k i e w i e a ä .
O ciśnieniu krytycznem wodoru
przez
K. O l s z e w s k i e g o .
W iadom ość tym czasow a, podana n a posiedzeniu z d. 20 M aja 1891.
--- T --
W p o p rz e d n ic h m o ich p r a c a c h 1) , w y k o n a n y c h je sz c z e w la ta c h 1 8 8 4 i 1885 w y k a z a łe m , źe vtodor oziębiony do m ożliw ie n a jn iż s z y c h te m p e ra tu r n ie d a się za m ie n ić w sta n c ie k ły n a w e t po d w y so k ie m ci
śnieniem , d o ckodzacem do' 1 9 0 a tm . i że dopiero po d czas e x p a n sy i z w y sokiego c iśn ie n ia d a ją się n a c h w ilk ę sp o strz e g a ć m n ie jsz e lu b w ięk sze ś la d y sk ro p le n ia , co z a le ż y od te m p e r a tu ry u ż y te g o ś ro d k a o zięb ia ją ceg o , ja k o też od w ysokości ciśn ie n ia, p rz y k tó ry m się robi e x p a n s y je . J a k o śro d k ó w o z ię b ia ją c y c h u ż y w a łe m w te n c z a s : tle n u w rz ą c e g o p o d c iśn ie n iem a tm o sfe ry c z n e m fć = — 1 8 1 ’4 0; i w p ró żn i d o ch o d z ąc ej do 9 nim . H g . (t ■= — 2 1 1 '5 °), d alej p o w ie trz a w rz ąc eg o pod ciśnieniem atm o sfe ry c z n e m (t = — 1 9 1 '4 0) i w p ró ż n i d o ch o d z ąc ej do 10 in m . H g . (t = — 2 2 0 ’0°)
') P ró b a skroplenia wodu. Eozpr. i Spraw. A kad. Umiej, w K rakow ie Tom XV str. L X X II. 1884.
Dalsze próby skroplenia wodu. Tam że str. L X X IV i str. X C V III, 1884.
Essais de liquefaction de I’hydroggue. Comptes rendus T. 98, p, 365.
N ouveaux essais de liquefaction Jde rhydrogóne. Solidification et pression critique de i’azote. Tam że p. 913—916. 1884.
O środkach oziębiających. Rozpr. i Spraw. A kad. Um. w K rakow ie T. XIV , str. 193— 196 r. 1885.
Sur la production des plus basses tem peratures. Comptes rendus T. 101, pag, 238— 240. 1885.
1
2
K. OLSZEW SKI. [386]ja k o te ź a z o tu w rz ą c e g o po d c iśn ie n iem a tm o sfery cz n em (t = — 1 9 4 '4 0) i p ró ż n i docho d zącej do 6 0 m m . H g . (t = — 213°).
W y k a z a łe m ró w n ie ż , źe azot c ie k ły p a r u ja c y w p ró ż n i d o ch o d z ą
cej do 4 m m . H g d aje m ożliw ie n a jn iż s z ą te m p e r a tu rę , d o c h o d z ąc ą do
— 2 2 5 °, źe je d n a k az o t d a się u ż y ć z k o rz y ś c ią ja k o ś ro d e k o zię b ia ją c y ty lk o w celu o trz y m a n ia te m p e ra tu ry n ie p rz ec h o d zą cej — 2 1 3 ° , g d y ż w n iż sz y c h te m p e ra tu ra c h o d p o w iad a ją cy c h ciśnieniom poniżej 6 0 m m .H g k rz e p n ie n a m a sę ś n ie ż n ą , przez co s ta je się n ie p rz e ź ro c z y sty m i z ły m p rz e w o d n ik ie m ciepła. Z pow yższego w y n ik a , źe do o trz y m a n ia n a jn iż sz y c h te m p e r a tu r n a d a ją się n ajle p ie j tle n c ie k ły i p o w ie trz e sk ro p lo n e, g d y ż o b y d w ie te ciecze n a w e t w n a jw ię k sz e j p ró ż n i n ie p rz e c h o d z ą w sta n s ta ły i n ie tr a c ą sw ej p rzezro czy sto ści. Ś ro d k ó w ty c h o z ię b ia ją cy c h u ż y w a łe m j u ż w m oich p o p rz e d n ic h p ra c a c h n a d sk ro p le n ie m w o
d o ru , w y c z e rp n ą łe m zatem w sz y s tk ie m ożliw e sp o so b y w celu u z y s k a n ia n a jn iż s z e j te m p e r a tu ry , bez o trz y m a n ia z a d a w a la ją c y c h r e z u lta tó w , p o k a z a ło się b o w ie m , iż te m p e ra tu ra — 2 2 0 °, t. j . n a jn iż s z a te m p e r a tu ra , j a k ą m o ż n a b y ło u z y s k a ć z a pom ocą sk ro p lo n eg o p o w ie trz a , leży po- w y ż e j k r y ty c z n e j te m p e ra tu ry w odoru. P o d e jm u ją c n a now o m o je d a w n iejsze d o św ia d c z e n ia , n ie m ia łe m i te ra z nadziei u z y s k a n ia niższej te m p e r a tu ry z a p om ocą śro d k ó w o z ię b ia ją c y c h , lecz lic z y łe m n a w ię k s z ą sk u te c z n o ść e x p a n s y i sam ego w o d o ru p rz y w y k o n a n iu ty c h d o św ia d cz eń n a w ię k s z ą sk a lę.
Ilo ść śro d k ó w o z ię b ia ją c y c h , t. j . sk ro p lo n e g o tle n u i p o w ietrz a, u ż y w a n y c h w d a w n ie jsz y c h d o św ia d cz en ia ch n ie p rz e w y ż sz a ła 2 — 3. cm . sześć, p o d ciśn ien iem a tm o s fe ry c z n e m , a z m n ie js z a ła się z n a c z n ie p r z y zasto so w a n iu p r ó ż n i; stosow nie też do tego, r u r k a sz k la n n a , z a w ie ra ją c a w o d o r, p o s ia d a ła ty lk o 2 m m . w e w n ę trz n e j śre d n ic y . Z ja w isk o s k r o p le n ia a rac z e j z a w rz e n ia w o d o ru , k tó re p o ja w ia ło się w tej ru r c e p o d czas e x p a n s y i, trw a ło ty lk o c z ą s tk ę je d n e j s e k u n d y i w y m a g a ło s to s u n ko w o n a g łe j a n ie c a łk o w ite j e x p a n sy i. O zię b io n y p rz e z e x p a n s y je w o
d ór p oniżej sw ej te m p e r a tu ry k r y t y c z n e j , o g rz e w a ł się w tej w ąsk iej r u r c e b a rd z o p rę d k o do te m p e r a tu ry o ta cz ają ce g o r u r k ę ś ro d k a o zięb ia
ją c e g o .
M oje n o w sze d o św iad czen ia n a d p rz e le w a n ie m c ie k łe g o tle n u ') u m o ż liw iły m i w y k o n a n ie d o św iad czeń z w odorem n a w ię k sz ą s k a l ę , p rz y u ż y c iu n ie ró w n ie w ięk szej ilości c ie k łe g o t l e n u , j a k o ś r o d k a o z ię b ia ją cego i z n a c z n ie szerszej r u r k i sz k la n n e j, słu ż ą c e j do ś c isk a n ia i do e x p a n s y i w odoru. F la s z k ę s ta lo w a , s łu ż ą c ą do s k ro p le n ia t l e n u , k tó r a w p o p rz e d n io o p isa n y m p rz y rz ą d z ie ') m ie śc iła 1 0 0 cm . sześć, c ie k łe g o tle n u ,
‘) B ulletin de TAcademie des Sciences de Cracoyie 1 8 9 0 , p. 177,
[S87] O CIŚNIENIU KRYTYCZNEJ! WODORU.
3
z a s tą p iłe m w ię k s z ą , m a ją c ą 2 0 0 cm . sześć, pojem ności. P rz e z je d n o ra z o w e sk ro p le n ie tle n u w tej flaszce i w y p u szc ze n ie go do o tw a rte g o n a c z y n ia sz k la n n e g o , zab ezp ieczo n eg o od ze w n ę trz n e g o o g rz a n ia , m o żn a z ła tw o ścią u z y s k a ć p rze szło 5 0 cm . sześć, tle n u c ie k łe g o pod ciśnie
niem atm o sfe ry c z n e m . R u r k a sz k la rn ia u m ie sz czo n a w ty m c ie k ły m tle n ie , s łu ż ą c a do śc isk a n ia i e x p a n s y i w o d o ru , m ia ła 11 m m . ze w n ętrzn e j a 7 m m . w e w n ę trz n e j ś r e d n ic y ; w ru rc e tej u m ie śc iłem n a d to k r ó tk a r u r k ę s z k la n n ą o b a rd z o cie n k ic h ś c ia n a c h , m a ją c ą 6. m m . śre d n ic y , k tó ra słu ż y ła d la izolow ania oziębionego p rz e z e x p a n s y ję w od o ru od śc ian szerszej^ i g ru b e j r u r k i , s ty k a ją c y c h się b ez p o śred n io z c ie k ły m tle n em . W od o r d o p ły w a ł do r u r k i sz k la n n e j z flasz k i żelazn ej, w k tó r e j z n a jd o w a ł się pod ciśnieniem d ochodzącem do 1 5 0 a tm . M a n o m e tr m e ta lo w y w łąc zo n y pom iędzy flaszkę że la zn ą i r u r k ę s z k la n n ą w sk a z y w a ł ciśnienie, p o d ja k ie m z n a jd o w a ł się w odor w tej o sta tn ie j,
D o św ia d c z e n ia w y k o n y w a łe m w sposób n a s tę p u ją c y : n a jp rz ó d w y p o m p o w a łe m tle n c ie k ły aż do ciśn ie n ia doch o d ząceg o w p rz y b liż e n iu
10 m m . H g , po tem p rzez o tw arc ie k u r k a śru b o w eg o d o p u sz cz ałe m wo
d o ru z flasz k i żelaznej do r u r k i sz k la n n e j aż do ż ą d a n e g o c iśn ie n ia k tó r e w s k a z y w a ł m a n o m e tr. S k o ro w o dor p r z y ją ł ju ż te m p e ra tu rę ś ro d k a o z ię b ia ją c e g o , w y k o n y w a łe m zw o ln a e x p a n sy j e w o d o ru p rze z pow olne o tw a rc ie k u r k a śru b o w e g o , z a m y k a ją c e g o r u r k ę w odorow a. Z ja w is k a za g o to w a n ia się w o d o ru , k tó r e p rz y ty c h d o św ia d cz en ia ch ob se rw o w a
ł e m , b y ły d ale k o siln iejsze i d łużej tr w a ją c e , an iżeli p rz y d o św ia d cz e
n ia c h d a w n ie js z y c h , p rze zro czy sto ść je d n a k n a c z y ń s z k la n n y c h w s k u t e k m a rz n ię c ia śladów w ilgoci p o w ietrz a wr n ic h z a w a rte g o , n ie b y ła z u p e łn a i d la tego nie m o g łe m n a pew no stw ie rd z ić , czy p rz y e x p a n s y i w o d o ru p o ja w ia się ta k ż e je g o m e n isk . K ilk a ra z y zdaw ało m i s ię , że w i
d ziałe m ciecz n a d e r su b te ln a i za le d w ie s p o s trz e g a ln ą , z pow odu je d n a k n ie z u p e łn e j p rz e zro czy sto ści n a c z y ń s z k la n n y c h o ta c z a ją c y c h tle n c iek ły , j a k o też r u r k ę w o d o ro w ą , nie ch cę tej k w e sty i je sz c z e sta n o w cz o roz s tr z y g ą c i p o zo staw ia m sobie d o k ła d n ie js z e j e j z b a d a n ie do n a s tę p n y c h dośw iadczeń.
P r z y ty c h d o św ia d cz en ia ch z w ró c iła m o ją u w a g ę ta okoliczność, iż p rz y p ow olnej e x p a n s y i p o ja w ia się za w rz en ie w o d o ru stale p r z y tem sam em c iś n ie n iu , bez w zg lę d u n a ciśn ien ie p ie r w o tn e , z k tó re g o u s k u te c z n ia się e x p e n s y ja , je ś li ty lk o to ciśn ie n ie p ie rw o tn e , nie j e s t z b y t n isk ie . I t a k : p rz y e x p a n s y ja c h w y k o n a n y c h z c iśn ie n ia p ierw o tn eg o , w y n o sz ą c e g o : 8 0 , 9 0 , 1 0 0 , 1 1 0 , 120, 1 3 0 i 140 atm . p o ja w iało się p ie rw sz e z a w rz e n ie w odoru sta le p r z y ciśn ie n iu 2 0 a t m ., je ś li zaś c i
śn ie n ie p ie rw o tn e -wynosiło 7 0 , 6 0 i 5 0 atm ., n a te n c z a s z a w rz e n ie p o ja
4
K . OLSZEW SKI. [388]w ia ło się p r z y c iśn ie n iu c o ra z m n ie jsz em a m ian o w icie w p rz y b liż e n iu p r z y 18, 16 i 14 a tm . D o św iad c ze n ie to p o w ta rz a łe m k ilk a d z ie s ią t r a z y i zaw sze o trz y m y w a łe m te sa m e re z u lta ty . D o św ia d c z e n ia te z m u sz a ją m ię do w n io s k u , iż te 2 0 a tm ., p rz y k tó r y c h sta le p o ja w ia się za w rże
n ie w o d o ru , o z n a c z a ją je g o ciśn ien ie k ry ty c z n e . J e ś li w o d o r o ziębiony z a pom ocą c ie k łe g o tle n u w rząceg o w p ró ż n i do tem p . — 2 1 1 ° , k tó re d a jm y n a to, le ż y o k ilk a n a ś c ie sto p n i w yżej od te m p . k r y ty c z n e j w o
d o r u , p o d d a m y z w y so k ie g o ciśn ie n ia pow olnej e x p a n s y i, n a te n c z a s te m p e r a tu ra w o d o ru zn iż a się do n ie z n a n e j n a m je sz c z e je g o te m p e ra tu r y k r y ty c z n e j. J e ś li ciśn ien ie p ie rw o tn e w o d o ru j e s t d o sy ć wry so k ie - - w m oich d o św ia d cz en ia ch -wyższe od 8 0 atm . — n a te n c z a s p rz y pow olnej e x p a n sy i zn iże n ie te m p e r a tu r y w o d o ru do je g o tem p . k r y ty c z n e j n a s tę p u je je sz c z e pow yżej ciśn ie n ia k r y ty c z n e g o , i w ta k im p rz y p a d k u o b ja w i
się c ie k ły w o d ó r p rz e z za w rz en ie w c h w ili, w k tó re j z n iż y m y c iśn ie n ie do ciśn ie n ia k ry ty c z n e g o . Je ż e li zaś ciśnienie p ie rw o tn e w o d o ru j e s t z a m a łe , n a te n c z a s p r z y pow olnej e x p a n sy i oziębi się on do te m p e r a tu r y sk ro p le n ia d o p ie ro poniżej ciśn ie n ia k r y ty c z n e g o ; im n iższe c iśn ie n ie p ie rw o tn e , te m z n a c z n ie jsz ą tr z e b a u sk u te c z n ić e x p a n s y je , a b y oziębić w o d o r do je g o te m p e r a tu ry sk ro p le n ia .
T y m sposobem tłu m a c z y się zm ienność c iśn ie n ia z a w rz e n ia czyli chw ilow ego s k r o p le n ia , p rz y e x p a n s y i z n ie d o sta te c z n ie w y so k ie g o c i
śn ie n ia p ie rw o tn e g o . J e ś li n are sz c ie ciśnienie p ie rw o tn e j e s t jeszcze n iż s z e , n a te n c z a s za w rz en ie , czyli chw ilow e sk ro p len ie, w cale się n ie pojaw i.
W celu p rz e k o n a n ia się o p raw d ziw o ści p o w yższego tw ie rd z e n ia , w y k o n a łe m d w a szeregi a n a lo g ic z n y c h d o św iad czeń z g a z a m i, k tó ry c h c iśn ie n ia i te m p e r a tu ry k r y ty c z n e d o k ła d n ie są z n a n e , a m ia n o w icie z tlen em i ety len e m . T e m p e r a tu r a k r y ty c z n a tle n u w e d łu g m o ich d a w n iejszy c h d o św ia d cz eń le ż y p r z y — 118-8®, ciśn ie n ie zaś k r y ty c z n e p rz y 5 0 '8 atm . W ty m sa m y m p rz y rz ą d z ie ,■ k tó re g o u ż y w a łe m do p o w y ższy ch d o św ia d cz eń z w o d o re m , o ziębiałem tle n z a pom ocą e ty le n u w rz ą c e g o p o d ciśn ien iem atm o sfe ry c z n e m (— 1.02'5°), za te m do te m p e r a t u r y o 16-3° w y ższ ej od tem p . k ry ty c z n e j tle n u i p o d d a w a łe m go po- w oln ej e x p a n s y i z ró ż n y c h ciśn ie ń p ie rw o tn y c h , zacz ąw sz y od 4 0 do 1 0 0 a tm , Z a w rz e n ie tle n u p o ja w ia ło się sta le p r z y ciśn ie n iu w y no- szącem o k o ło 51 a tm ., je ś li ciśn ien ie p ie rw o tn e nie b y ło n iższe od 8 0 a tm .;
ró w n o c ze śn ie p o ja w ia ł się ta k ż e i m e n is k c ie k łe g o tle n u . W m ia rę z n i
ż a n ia się c iśn ie n ia p o cz ątk o w e g o z n iża ło się ta k ż e i ciśn ie n ie za w rz en ia . T e m p e r a tu r a k r y ty c z n a e ty le n u w e d łu g D e w a ra w y n o si 1 0 '1 0, c i
śn ie n ie zaś k r y ty c z n e 51 a tm .; m o je d o św ia d c z e n ia , k tó r e w y k o n a łe m po d ty m w zg lę d em , d a ły m i lic z b y z g o d n e z pow yższem i, a m ianow icie d la te m p e r a tu ry k r y ty c z n e j 1 0 ° , d la c iśn ie n ia k ry ty c z n e g o 5 1 '7 a tm .
[389] O CIŚNIENIU KRYTYCZNEM WODORU.
s
.D ośw iadczenia z e ty le n e m w y k o n a łe m w p rz y rz ą d z ie C a ille te ta ; je d e n sz e re g p r z y te m p e ra tu rz e 17°, d ru g i zaś p r z y ciep ło cie 27°, zatem p rz y te m p e r a tu ra c h o 7 ° a w zg lę d n ie o 17° w y ż sz y c h od te m p e r a tu ry k r y ty c z n e j e ty le n u . P r z y p ie rw sz y m sz e re g u d o św ia d c z e ń , z a w rz en ie e ty le n u a ró w n o c z e śn ie i m e n isk p o jaw iał się stale po d czas pow olnej e x p a n s y i p r z y c iśn ie n iu w y n o sza ce m o k o ło 51 a tm ., je ś li p ie rw o tn e ciśn ie n ie w y nosiło 7 0 , 8 0 , 9 0 , 10 0 i 110 a t m .; p rz y d ru g im sz ereg u d o św iad czeń z a w rz e n ie p o ja w iało się stale p rz y tern sam em c iś n ie n iu , je ś li c iśn ie n ie p ie rw o tn e w y n o siło 100, 110, 120 i 1 3 0 a tm . W m ia rę z m n ie jsz a n ia się c iśn ie n ia p ie rw o tn e g o , w p ie rw sz y m sz e re g u d o św ia d cz eń poniżej 7 0 atm ., w d ru g im poniżej 10 0 atm . zn iża ło się ta k ż e i ciśnienie z a w rz en ia . W y p a d a p rz y te m n a d m ie n ić , że w p rz y rz ą d z ie C a ille te ta , w k tó r y m w y k o n a łe m d o św ia d cz en ia z ety len e m , w a r u n k i z a w rz e n ia ja k ie g o ś g a z u p rz y e x p a n s y i sa d ale k o m n ie j k o rz y stn e , niż w p rz y rz ą d z ie pow yżej o p isa n y m .
Z d o św iad czeń p o w y ższy ch w y n ik a , iż oznaczen ie c iśn ie n ia k r y ty c z n e g o gazów za p om ocą e x p a n s y i j e s t r z e c z ą m o żliw a n a w e t w ten c za s, g d y one z n a jd u ja się w te m p e ra tu rz e o k ilk a lu b k ilk a n a ś c ie sto p n i w y ższej od ic h te m p e r a tu ry k r y ty c z n e j. Sposób te n o zn a cz an ia c iśn ie n ia k r y ty c z n e g o w zasto so w a n iu do in n y c h g a z ó w , n ie p rz e d s ta w ia w p ra w d z ie ż a d n y c h k o r z y ś c i, g d y ż c iśn ie n ia te p rz e z z n ik a n ie m e n isk a ła tw ie j i d o k ła d n ie j o zn a cz o n e b y ć m o g a , w zasto so w a n iu zaś do w o d o r u , j e s t on n a te ra z je d y n y m m ożliw ym sposobem o zn aczen ia n ie ty lk o je g o ciśn ie n ia k r y ty c z n e g o , ale też i je g o te m p e r a tu ry k ry ty c z n e j.
Z a jm u ję się dalej te m i d o św ia d c z e n ia m i, i m a m n a d z ie ję , że n a tej d ro d z e k w e s ty ja sk ro p le n ia w od o ru w k ró tc e p o m y śln ie z a k o ń c z o n a zostan ie. W d o św ia d cz en ia ch o p isa n y ch u ży w a łem tle n u c ie k łe g o ja k o ś ro d k a o zięb ia ją ceg o , chociaż w y k a z a łe m n a w stę p ie, że za pom ocą s k ro p lo n e g o p o w ie trz a m o ż n a o trz y m a ć te m p e ra tu rę o 10° niższą. N ie u ż y w ałem p o w ie trz a z tego p o w o d u , p o n iew aż w m oim p rz y rz ą d z ie , w k tó r y m m o g ę z ła tw o śc ią sk ro p lić 2 0 0 cm . sześć, tle n u , nie m ó g łb y m sk ro p lić ró w n ie z n a c z n e j ilości p o w ie trz a ; je s te m je d n a k ż e obecnie z a ję ty p o p ra w ą m e g o p r z y rz ą d u pod ty m w zg lę d em i sp o d ziew am s ię , że w p r z y sz ły c h d o św ia d cz en ia ch b ę d ę m ó g ł u ży w a ć z n a c z n ie jsz y c h ilości sk ro p lo n eg o p o w ie trz a , ja k o ś ro d k a o zięb ia ją ceg o , k tó ra to o koliczność u ła tw i z n a k o m ic ie m ie rzen ie te m p e r a tu ry k ry ty c z n e j w odoru.
; .
’
1 .Ł '! ’’
mR fe sa sh tv '
I f i B Ś i B : ' ' ' '••' ;'• •. '
\- Niv.: , * ' ■ ijC'-':' ' - :
v V ' ■
.
K >
i ‘ • - ' ‘ I !'• V? ~ i1?'
- ■
SS& aśi?
:vä#i?w® ■
I ■' v ' ■ z : :
■■ .•
P|>i
■
/ .•
■ , - /
•" ' . ' i t - , ' " - - J'«! Ä
'
, . 't ^ .
■ ■. ■. * r
• : .*■: :
■" ' 1 ' ’ v ■■'
'•-■• ■•• ■' ■"
'
■i. .
■‘ -"i. ^
, e * 0 ‘0 M
.