Теоретическая и прикладная экология №4, 2016 Расчёт термодинамических параметров люизита и иприта

85

 Теоретическая и прикладная экология №4, 2016

УДК 544.032.7

Расчёт термодинамических параметров люизита и иприта 

для создания их необходимых концентраций на газодинамических 

стендах при проверке методик и приборов экологического контроля  

© 2016. ю. в. Аношкин

1

, к. т. н., н. с., С. в. язынин

1

, к. т. н., начальник,

А. Е. Клюстер

2

, к. т. н., доцент, начальник управления, м. в. Ферезанова

2

, к. т. н., в. н. с.,

Р. в. Осокин

2

, к. п. н., начальник отдела,

1

 Федеральное управление по безопасному хранению 

и уничтожению химического оружия,

115487, Россия, г. Москва, ул. Садовники, д. 4 а,

2

 Научно-исследовательский центр Федерального управления

по безопасному хранению и уничтожению химического оружия,

115487, Россия, г. Москва, ул. Садовники, д. 4 а,

e-mail: [e-mail]

The calculation of the thermodynamic parameters of lewisite

and mustard gas for the creation of the necessary concentration

 on the gas dynamic stands when testing methods

and devices of environmental control

yu. v. anoshkin

1

, S. v. yazynin

1

, a.E. klyustеr

2

,

m. v. fеrеzanova

2

, r. v. Osokin

2

,

1

 Federal Directorate for Safe Storage and Destruction of Chemical Weapons,

4 а St. Sadovniki, Moscow, Russia, 115487,

2

 Research and Development Centre of Federal management 

for Safe Storage and Destruction of Chemical Weapons,

4 a St. Sadovniki, Moscow, Russia, 115487,

e-mail: [e-mail]

Для безопасной работы персонала на объектах по хранению и уничтожению химического оружия необходимо 

контролировать уровень загрязнений производственных помещений и окружающей среды. Одним из основных 

объектов контроля является воздух рабочей зоны. 

В  настоящее  время  разрабатывается  и  применяется  большое  количество  различных  новых  приборов  и 

устройств контроля загрязнений воздуха рабочей зоны. Для заявленных диапазонов измерений новых приборов 

и устройств возникает необходимость их проверки.

Иприт и люизит применяются, в частности, в газодинамических стендах для создания заданной концентрации, 

что позволяет провести проверку методик измерений в заданном диапазоне для экологического контроля уровня 

загрязнения воздуха на объектах по хранению и уничтожению химического оружия.

Результаты исследований позволяют определить параметры газодинамического стенда для создания требуе-

мых концентраций отравляющих веществ кожно-нарывного действия (люизита и иприта) для проверки методик 

измерений уровня загрязнения в воздухе рабочей зоны, калибровки и проверки работоспособности аналитических 

приборов на объектах по хранению и уничтожению химического оружия.

Ключевые слова: иприт, люизит, парогазовые смеси, газодинамический стенд, методики измерений.

Safe work of the personnel of chemical weapons storage and destruction facilities requires control over the pollution 

level of the working premises and the environment. One the main subjects to control is the air in the working premises.

Nowadays a great number of devices controlling air pollution of the working premises are being developed and 

implemented. It is also necessary to check the measurements made with the help of new devices.

АНАлИТИчЕСКОЕ ОбЕСпЕчЕНИЕ пРОЦЕССА УНИчТОЖЕНИя 

хИмИчЕСКОгО ОРУЖИя

Теорeтическая и прикладная экология №4, 2016

86

В  соответствии  с  Конвенцией  о  запре-

щении  химического  оружия  на  территории 

Российской Федерации ведётся уничтожение 

запасов химического оружия. Для безопасной 

работы персонала на объектах по хранению и 

уничтожению  химического  оружия  необхо-

димо  контролировать  уровень  загрязнения 

производственных помещении и окружающей 

среды. Одним из основных объектов контроля 

является  воздух  рабочей  зоны.  На  объектах 

по  хранению  и  уничтожению  химического 

оружия применяются различные аттестован-

ные методики измерений уровня загрязнения 

воздуха  рабочей  зоны  отравляющими  веще-

ствами. С развитием технического прогресса 

повышаются требования к точности измере-

ний уровня загрязнения. В настоящее время 

разрабатывается  большое  количество  новых 

приборов и устройств контроля загрязнения 

воздуха рабочей зоны. Для заявленных диапа-

зонов измерений новых приборов и устройств 

возникает необходимость их проверки. Одним 

из  способов  проверки  приборов  и  устройств 

являются  испытания  на  газодинамических 

стендах.

В связи с этим возникает необходимость 

создания  продолжительных  во  времени  по-

токов парогазовых смесей с заданной концен-

трацией  отравляющих  веществ  при  помощи 

газодинамических стендов. Следовательно, в 

настоящее время определение термодинами-

ческих  параметров  отравляющих  веществ  в 

парогазовых  смесях  с  управляемой  концен-

трацией является актуальной задачей. 

Целью  работы  является  определение 

термодинамических  параметров  отрав-

ляющих веществ в парогазовых смесях для 

создания установленной концентрации, с не-

обходимостью проверок методик измерений 

уровня загрязнения в воздухе рабочей зоны 

на  объектах  по  хранению  и  уничтожению 

химического  оружия.  Для  достижения  по-

ставленной цели требуется решить следую-

щие задачи: 

–  исследовать  парогазовые  смеси  на  со-

держание предельно допустимой концен-

трации отравляющих веществ при различ-

ных режимах работы газодинамического 

стенда;

–  установить  термодинамические  пара-

метры  создания  парогазовых  смесей  на 

газодинамическом стенде для различных 

отравляющих веществ.

Объектом  исследования  являются  отрав-

ляющие вещества кожно-нарывного действия 

(иприт и люизит) в парогазовых смесях. Они 

применяются в газодинамических стендах для 

создания заданной концентрации, что позволяет 

провести проверку методик измерений в задан-

ном  диапазоне  для  экологического  контроля 

уровня  загрязнения  воздуха  на  объектах  по 

хранению и уничтожению химического оружия.

Иприт  (или  горчичный  газ,  синонимы: 

2,2'-дихлордиэтиловый тиоэфир, 2,2'-дихлор-

диэтилсульфид,  1-хлор-2-(2'-хлорэтилтио)-

этан) –  химическое соединение с формулой 

S(CH

2

CH

2

Cl)

2

.    Отравляющее  вещество 

кожно-нарывного  действия;  по  механизму 

действия – отравляющее вещество цитоток-

сического действия, алкилирующий агент [1].

Люизит – отравляющее вещество кожно-

нарывного  действия.  Назван  в  честь  аме-

риканского  химика  Уинфорда  Ли  Льюи-

са  [2].  Представляет  собой  смесь  изомеров 

β-хлорвинилдихлорарсина  (α-люизита), 

содержащую  в  качестве  примесей  изомеры 

бис-(

β-хлорвинил)хлорарсина(β-люизита) 

и  трихлорид  мышьяка.  Тёмно-коричневая 

жидкость с резким раздражающим запахом, 

напоминающим запах герани. 

Можно  допустить,  что  в  газодинамиче-

ском стенде парогазовая фаза отравляющего 

вещества  находится  в  равновесии  с  жидкой 

фазой; в этом случае условия равенства тер-

модинамических  параметров  (химический 

потенциал, температура, давление) обеих фаз 

будут  подчиняться  уравнению  Клаузиуса-

Клапейрона [3] (1):

                              (1)

Mustard gas and lewisite are used in gasdynamic stands for keeping the necessary concentration, it allows to check 

the methods of measurement within the required range for the sake of ecological control of air pollution at chemical 

weapons storage and destruction facilities.

The  research  results  help  to  determine  the  parameters  of  the  gasdynamic  stand  for  creating  the  necessary 

concentrations of blistrering poisons (mustard gas and lewisite) which is needed for checking the measurement methods 

of air pollution in the working area, gauge and efficiency checking of the analytical devices at the chemical weapons 

storage and destruction facilities. 

Ключевые слова: Mustard gas, lewisite, vapou-gas mixtures, gasdynamic stand, measurement methods.

АНАлИТИчЕСКОЕ ОбЕСпЕчЕНИЕ пРОЦЕССА УНИчТОЖЕНИя 

хИмИчЕСКОгО ОРУЖИя

87

 Теоретическая и прикладная экология №4, 2016

где P – давление паров, Т – температура, 

ΔН – теплота парообразования, ΔV – измене-

ние  мольного  объёма  при  парообразовании, 

R – универсальная газовая постоянная, 

ΔZ – 

коэффициент сжимаемости.

Различные зависимости давления от тем- 

пературы находят после интегрирования сле-

дующего выражения (2):

                                        

В самом простом случае после интегриро-

вания выражения (2) получается уравнение 

Клапейрона (3):

                                        (3)

где А – постоянная интегрирования; B – 

коэффициент,  который  равен  правой  части 

выражения (2), только без знака минус. 

Выражение  (3)  хорошо  описывает  ап-

проксимацию  давления  от  температуры,  но 

последняя  ограничена  узким  интервалом. 

Поэтому  для  конкретного  случая  подходит 

корреляция  Антуана  [3],  модификация  вы-

ражения (3), (4): 

                                  (4)

где  С  –  коэффициент,  связанный  с  нор-

мальной температурой кипения для отдельных 

веществ.

В таблице представлены значения эмпи-

рических коэффициентов А, В, С, полученные 

после решения системы уравнений (5) с ис-

пользованием  физико-химических  параме-

тров люизита и иприта.

Люизит: плотность (

ρ) – 1,88 г/см

3

 (20 

о

С); 

температура кипения (Т

кип

) – 190 

о

С; давление 

паров (Р) при 20 

о

С – 0,39 мм. рт. ст. [4]. 

Иприт: плотность – 1,2741 г/см

3

 (20 

о

С); 

температура кипения – 217 

о

С; давление паров 

при 20 

о

С – 0,07 мм. рт. ст. [5].

                               

Таблица

Эмпирические коэффициенты для паров люизита и иприта

Пар отравляющего вещества

Коэффициенты

А

В

С

Люизит

9,710 . 10

-9

275,891

4,651 . 10

-6

Иприт

5,165 . 10

-9

779,163

1,449 . 10

-6

Рис. 1. Зависимость давления паров 

отравляющих веществ от температуры

Рис. 2. Зависимость плотности насыщенного 

пара отравляющих веществ от температуры

АНАлИТИчЕСКОЕ ОбЕСпЕчЕНИЕ пРОЦЕССА УНИчТОЖЕНИя 

хИмИчЕСКОгО ОРУЖИя

2

×10

–3        

2.25

×10

–3           

2.5

×10

–3    

2.75

 

×10

–3         

3

×10

–3

   3.25 

×10

–3    

3.5

×10

–3

1/Т, 1/К

0

–0.5

–1

–1.5

–2

–2.5

–3

ln(P), мм рт

.ст

.

Пар люизита

Пар иприта

2

×10

–4

1.5

×10

–4

1

×10

–4

5

×10

–5

0

100                     200                       300                        400                       500

Т, К

ρ, 

моль/м

3

Люизит

Иприт

(2)

(5)

Теорeтическая и прикладная экология №4, 2016

88

На рисунке 1 представлены графики зави-

симости давления пара отравляющих веществ 

от температуры в координатной зависимости  

lnP  =  f(1/T)  после  подстановки  эмпириче-

ских коэффициентов из таблицы в выраже-

ние (4).

На  следующем  этапе  определения  тер-

модинамических  параметров  отравляющих 

веществ  необходимо  найти  критическую 

температуру фазового перехода. Критическая 

температура фазового перехода – это темпера-

тура,  при  которой  плотность  и  давление  на-

сыщенного пара становятся максимальными,  

а плотность жидкости, находящейся в дина-

мическом  равновесии  с  паром,  становится 

минимальной. Плотность насыщенного пара 

отравляющих  веществ  определяется  по  сле-

дующей формуле (6):

                                   

После  подстановки  в  формулу  (6)  вы-

ражения  (4)  графическим  методом  опреде-

ляется  критическая  температура  фазового 

перехода  люизита  и  иприта,  соответственно. 

Зависимость плотности насыщенного пара от-

равляющих веществ от температуры с учётом 

подстановки представлена на рисунке 2.

На  рисунке  2  видно,  что  критическая 

температура фазового перехода (Т

кр

) люизита 

составляет 290 К, иприта – 490 К.

Полученные результаты позволяют опре-

делить теплоту парообразования отравляющих 

веществ по формуле (7):

                                                      

Коэффициент сжимаемости рассчитыва-

ется по выражению (8):

где  М  –  молярная  масса  отравляющих 

веществ.

(8)

(9)

После подстановки выражения (8) в фор-

мулу (7) теплота парообразования примет вид 

(9):

Расчётная теплота парообразования люи-

зита  составляет  минус  4,8·10

2

  кДж/моль,  а 

иприта – минус 1,0·10

3

 кДж/моль.

Таким  образом,  полученные  результаты 

исследований позволяют определить параме-

тры  газодинамического  стенда  для  создания 

требуемых  концентраций  отравляющих  ве-

ществ  кожно-нарывного  действия  (люизита  

и  иприта)  для  проверки  методик  измерений 

уровня загрязнения в воздухе рабочей зоны, 

калибровки и проверки работоспособности ана-

литических приборов на объектах по хранению 

и уничтожению химического оружия. 

литература

1. Википедия. Иприт. [Электронный ресурс]: https://

ru.wikipedia.org/wiki/Иприт

2. Википедия. Люизит [Электронный ресурс]: https://

ru.wikipedia.org/wiki/Люизит

3. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и 

жидкостей: Справочное пособие 3-е изд. Л.: Химия, 1982. 592 с.

4. Химия и токсикология. Люизит, физико-химические 

свойства  [Электронный  ресурс]:  http://chemister.ru/

Toxicology/BOV/luisit.htm

5. Химия и токсикология. Иприт, физико-химические 

свойства  [Электронный  ресурс]:  http://chemister.ru/

Toxicology/BOV/iperyt.htm

references

1.  Wikipedia.  Mustard  gas.  [Electronic  resource]: 

https://ru.wikipedia.org/wiki/Iprit (in Russian).

2. Wikipedia. Lewisite [Electronic resource]: https://

ru.wikipedia.org/wiki/Lyuizit (in Russian).

3. Rid R., Prausnits Dzh., Shеrvud T. The properties 

of gases and liquids: Handbook 3rd ed. L.: Khimiya, 1982. 

592 p. (in Russian).

4. Chemistry and Toxicology. Lewisite, physico-chem-

ical properties [Electronic resource]: http://chemister.ru/

Toxicology/BOV/luisit.htm (in Russian).

5. Chemistry and Toxicology. Mustard, physico-chem-

ical properties [Electronic resource]: http://chemister.ru/

Toxicology/BOV/iperyt.htm (in Russian).

АНАлИТИчЕСКОЕ ОбЕСпЕчЕНИЕ пРОЦЕССА УНИчТОЖЕНИя 

хИмИчЕСКОгО ОРУЖИя

(6)

(7)