Здесь не учитывается объем, занимаемый атомами. Известное уравнение Ван дер Ваальса, имеющее поправки, несколько приближает результаты расчета по формуле к поведению реальных газов, однако оно работает для низких температур. В условиях ядра Земли можно оценивать плотность газов по формуле:
где плотность кг/м3;
r– атомный (ионный) радиус элемента в ангстремах;
А– атомный вес элемента в углеродных единицах;
R — универсальная газовая постоянная;
T— температура;
P – давление.
Из этой формулы следует, что при повышении температуры объем межатомного пространства возрастает, и плотность элементов уменьшается.
При малой температуре и высоком давлении объем межатомного пространства стремится к нулю, и плотность будет приближаться к плотности атомов.
При высоком давлении и высокой температуре вещество может находиться в двух состояниях: в состоянии реального газа, когда между атомами межатомное пространство больше 25.95%, и в состоянии кристаллического газа, когда атомы сжаты в плотную структуру, и межатомное пространство равно 25.95% (несжимаемое пространство между шарами атомов при плотной гексагональной упаковке).
Размер атомов имеет решающее значение на давление перехода в состояние кристаллического газа. Чем больше размер атомов, тем меньше нужно давление, для их сближения в состояние соприкосновения, поскольку по закону Авогадро в одном и том же объеме при одинаковых условиях находится равное количество частиц различных газов, при этом неважно, какие размеры имеют эти частицы. Давления фазовых переходов разных газов сильно отличаются из-за больших различий в размерах их атомов. В результате получается довольно широкий диапазон давлений и температур, в которых одни атомы находятся в состоянии кристаллического газа, в то время как другие находятся в свободном тепловом движении и имеют тепловое межатомное пространство, что значительно уменьшает плотность их вещества.
Давление, при котором вещество при определенной температуре переходит в состояние кристаллического газа, можно рассчитать по формуле:
Где P – давление в паскалях;
r —радиус атомов в ангстремах.
Вещество в состоянии кристаллического газа более упругое. Атомы его при повышении давления тоже будут сближаться, но сжатие уже будет не по закону кинетической теории газов. Изменение давления вещества в условиях перехода можно описать формулой:
Где V-объем;
ΔV1– изменение объема в состоянии кристаллического газа;
Q-заряд наружной оболочки атома.
Здесь первое слагаемое – это кинетическая составляющая давления, второе слагаемое – это электростатическая составляющая давления (сила отталкивания между электронными оболочками).
Возможно, эта формула будет описывать