Vrenje. Pritisak zasićene pare u zavisnosti od temperature

Procesi isparavanja i kondenzacije su kontinuirani i međusobno paralelni.

U otvorenoj posudi količina tečnosti se vremenom smanjuje, jer. isparavanje prevladava nad kondenzacijom.

Para koja se nalazi iznad površine tečnosti kada isparavanje prevladava nad kondenzacijom, ili para u odsustvu tečnosti, naziva se nezasićeni.

U hermetički zatvorenoj posudi nivo tečnosti se ne menja tokom vremena, jer isparavanje i kondenzacija se međusobno nadoknađuju: koliko molekula izleti iz tekućine, koliko ih se u nju vrati u isto vrijeme, između pare i njene tekućine dolazi do dinamičke (pokretne) ravnoteže.

Para koja je u dinamičkoj ravnoteži sa svojom tečnošću naziva se zasićen.

Na datoj temperaturi, zasićena para bilo koje tečnosti ima najveću gustinu ( ) i stvara maksimalni pritisak ( ) koju para te tečnosti može imati na toj temperaturi.

Pritisak i gustina zasićene pare na istoj temperaturi zavise od vrste supstance: veći pritisak stvara zasićenu paru tečnosti koja brže isparava. Na primjer, i

Svojstva nezasićenih para: Nezasićene pare se pokoravaju plinskim zakonima Boylea - Mariotte, Gay-Lussac, Charles, a na njih se može primijeniti jednačina stanja idealnog plina.

Svojstva zasićene pare:1. Sa konstantnom zapreminom, sa porastom temperature, pritisak zasićene pare raste, ali ne u direktnoj proporciji (Charlesov zakon nije ispunjen), pritisak raste brže od pritiska idealnog gasa. , sa porastom temperature ( ) , masa pare se povećava, pa se stoga povećava koncentracija molekula pare () i pritisak zasićene pare će se otopiti iz dva razloga (

3 1 – nezasićena para (idealni gas);

2 2 - zasićena para; 3 - nezasićena para,

1 dobijen iz zasićene pare u istom

zapremine pri zagrevanju.

2. Pritisak zasićene pare pri konstantnoj temperaturi ne zavisi od zapremine koju zauzima.

Sa povećanjem zapremine, masa pare se povećava, a masa tečnosti opada (deo tečnosti prelazi u paru), sa smanjenjem zapremine pare ona postaje manja, a tečnost postaje veća (deo pare prelazi u tečnost), gustina i koncentracija molekula zasićene pare ostaju konstantne, dakle, a pritisak ostaje konstantan ().

tečnost

(sat. para + tečnost)

Nezasićene pare

Zasićene pare ne poštuju Boyleove zakone o plinu - Mariotte, Gay-Lussac, Charles, jer masa pare u procesima ne ostaje konstantna, a svi gasni zakoni se dobijaju za konstantnu masu. Jednačina stanja idealnog plina može se primijeniti na zasićenu paru.

dakle, Zasićena para se može pretvoriti u nezasićenu paru ili zagrijavanjem pri konstantnoj zapremini ili povećanjem njenog volumena na konstantnoj temperaturi. Nezasićena para se može pretvoriti u zasićenu paru ili hlađenjem pri konstantnoj zapremini ili kompresijom na konstantnoj temperaturi.

Kritična situacija

Prisustvo slobodne površine u tečnosti omogućava da se naznači gde se nalazi tečna faza supstance, a gde gasovita. Oštra razlika između tečnosti i njene pare objašnjava se činjenicom da je gustina tečnosti mnogo puta veća od gustine pare. Ako se tekućina zagrijava u hermetički zatvorenoj posudi, tada će se zbog ekspanzije njena gustoća smanjiti, a gustina pare iznad nje povećati. To znači da se razlika između tečnosti i njene zasićene pare izglađuje i potpuno nestaje na dovoljno visokoj temperaturi. Temperatura na kojoj razlike u fizičkim svojstvima između tekućine i njene zasićene pare nestaju i njihove gustine postaju iste naziva sekritična temperatura.

Kritična tačka

Za formiranje tečnosti iz gasa, prosječna potencijalna energija privlačenja molekula mora premašiti njihovu prosječnu kinetičku energiju.

Kritična temperatura – Maksimalna temperatura na kojoj se para pretvara u tečnost. Kritična temperatura ovisi o potencijalnoj energiji molekularne interakcije i stoga je različita za različite plinove. Zbog snažne interakcije molekula vode, vodena para se može pretvoriti u vodu čak i na temperaturi od . Istovremeno, ukapljivanje azota se dešava samo na temperaturi nižoj od = -147˚, jer molekule dušika slabo međusobno djeluju.

Još jedan makroskopski parametar koji utiče na prelaz para-tečnost je pritisak. S povećanjem vanjskog tlaka tijekom kompresije plina, prosječna udaljenost između čestica se smanjuje, sila privlačenja između njih raste i, shodno tome, prosječna potencijalna energija njihove interakcije.

Pritisakzasićena para na svojoj kritičnoj temperaturi naziva se kritičan. Ovo je najveći mogući pritisak pare zasićenja date supstance.

Stanje materije sa kritičnim parametrima se zove kritičan(kritična tačka) . Svaka supstanca ima svoju kritičnu temperaturu i pritisak.

U kritičnom stanju, specifična toplota isparavanja i koeficijent površinskog napona tečnosti nestaju. Na temperaturama iznad kritičnih, čak i pri veoma visokim pritiscima, transformacija gasa u tečnost je nemoguća; iznad kritične temperature, tečnost ne može postojati. Na superkritičnim temperaturama moguće je samo stanje pare materije.

Ukapljivanje gasova je moguće samo na temperaturama ispod kritične temperature. Za ukapljivanje, plinovi se hlade do kritične temperature, na primjer, adijabatskim širenjem, a zatim izotermno komprimiraju.

Vrenje

Spolja, fenomen izgleda ovako: iz cjelokupnog volumena tekućine, brzo rastući mjehurići se dižu na površinu, pucaju na površinu, a para se ispušta u okolinu.

MKT objašnjava ključanje ovako: u tečnosti uvijek postoje mjehurići zraka u kojima dolazi do isparavanja iz tečnosti. Ispada da je zatvorena zapremina mjehurića ispunjena ne samo zrakom, već i zasićenom parom. Pritisak zasićene pare u njima kada se tečnost zagreje raste brže od pritiska vazduha. Kada pritisak zasićene pare u mjehurićima u dovoljno zagrijanoj tekućini postane veći od vanjskog pritiska, oni se povećavaju u volumenu, a sila uzgona, koja premašuje njihovu gravitaciju, podiže mjehuriće na površinu. Plutajući mjehurići počinju pucati kada, na određenoj temperaturi, pritisak zasićene pare u njima premaši pritisak iznad tečnosti. Temperatura tečnosti pri kojoj je pritisak njene zasićene pare u mjehurićima jednak ili veći od vanjskog pritiska tečnosti naziva se tačka ključanja.

Tačka ključanja različitih tečnosti je različita, jer pritisak zasićene pare u njihovim mehurićima se poredi sa istim spoljnim pritiskom na različitim temperaturama. Na primjer, pritisak pare zasićenja u mjehurićima jednak je normalnom atmosferskom pritisku za vodu na 100°C, za živu na 357°C, za alkohol na 78°C, za etar na 35°C.

Tačka ključanja ostaje konstantna tokom procesa ključanja, jer sva toplota koja se dovodi u zagrejanu tečnost troši se na isparavanje.

Tačka ključanja zavisi od spoljašnjeg pritiska na tečnost: sa povećanjem pritiska, temperatura raste; kako pritisak opada, temperatura se smanjuje. Na primjer, na nadmorskoj visini od 5 km, gdje je pritisak 2 puta niži od atmosferskog, tačka ključanja vode je 83 °C, u kotlovima parnih mašina, gdje je tlak pare 15 atm. (), temperatura vode je oko 200˚S.

Vlažnost vazduha

U vazduhu uvek ima vodene pare, pa se može govoriti o vlažnosti vazduha koju karakterišu sledeće vrednosti:

1.Apsolutna vlažnost je gustina vodene pare u vazduhu (ili pritisak koji ova para stvara ( .

Apsolutna vlažnost ne daje predstavu o stepenu zasićenosti vazduha vodenom parom. Ista količina vodene pare na različitim temperaturama stvara različit osjećaj vlage.

2.Relativna vlažnost je omjer gustine (pritiska) vodene pare sadržane u zraku na datoj temperaturi prema gustini (pritisku) zasićene pare na istoj temperaturi : ili

je apsolutna vlažnost na datoj temperaturi; - gustina, pritisak zasićene pare na istoj temperaturi. Gustoća i pritisak zasićene vodene pare na bilo kojoj temperaturi može se naći u tabeli. Tabela pokazuje da što je temperatura vazduha viša, to mora biti veća gustina i pritisak vodene pare u vazduhu da bi on bio zasićen.

Poznavajući relativnu vlažnost, možete razumjeti koliko posto vodene pare u zraku na datoj temperaturi je daleko od zasićenja. Ako je para u zraku zasićena, onda . Ako a , tada u vazduhu nema dovoljno pare do stanja zasićenja.

O činjenici da para u vazduhu postaje zasićena, sudi se po pojavi vlage u vidu magle, rose. Temperatura pri kojoj vodena para u zraku postaje zasićena naziva se tačka rose.

Para u vazduhu se može učiniti zasićenom dodavanjem pare usled dodatnog isparavanja tečnosti bez promene temperature vazduha, ili snižavanjem njene temperature sa količinom pare u vazduhu.

Normalna relativna vlažnost vazduha, najpovoljnija za čoveka, je 40 - 60%. Od velikog značaja je poznavanje vlage u meteorologiji za vremensku prognozu. U tkanju, konditorskoj proizvodnji potrebna je određena vlažnost zraka za normalan tok procesa. Skladištenje umjetničkih djela i knjiga zahtijeva održavanje vlažnosti na potrebnom nivou.

Instrumenti za vlažnost:

1. Hidrometar kondenzacije (omogućava vam da odredite tačku rose).

2. Higrometar za kosu (na osnovu dužine kose bez masnoće u odnosu na vlažnost) mjeri relativnu vlažnost u procentima.

3. Psihrometar se sastoji od dva suva i mokra termometra. Vlažna sijalica je umotana u krpu umočenu u vodu. Zbog isparavanja iz tkanine, temperatura navlaženog je niža od temperature suvog. Razlika u očitanjima termometra ovisi o vlažnosti okolnog zraka: što je zrak suvlji, to je intenzivnije isparavanje iz tkanine, veća je razlika u očitanjima termometra i obrnuto. Ako je vlažnost vazduha 100%, onda su očitavanja termometara ista, tj. razlika u očitanjima je 0. Za određivanje vlažnosti pomoću psihrometra koristi se psihrometrijska tablica.

Topljenje i kristalizacija

Prilikom topljenjačvrstog tijela, rastojanje između čestica koje formiraju kristalnu rešetku se povećava, a sama rešetka se uništava. Proces topljenja zahtijeva energiju. Kada se čvrsto tijelo zagrije, povećava se kinetička energija vibrirajućih molekula i, shodno tome, amplituda njihovih oscilacija. Na određenoj temperaturi, tzv tačka topljenja, poremećen je red u rasporedu čestica u kristalima, kristali gube oblik. Supstanca se topi, prelazeći iz čvrstog u tečno stanje.

Tokom kristalizacije dolazi do konvergencije molekula koji formiraju kristalnu rešetku. Kristalizacija se može dogoditi samo kada tečnost oslobodi energiju. Kada se rastopljena tvar ohladi, prosječna kinetička energija i brzina molekula se smanjuju. Privlačne sile mogu zadržati čestice blizu ravnotežnog položaja. Na određenoj temperaturi, tzv temperatura očvršćavanja (kristalizacije), svi molekuli su u položaju stabilne ravnoteže, njihov raspored postaje uređen - formira se kristal.

Topljenje čvrste supstance se dešava na istoj temperaturi na kojoj se supstanca skrućuje.

Svaka supstanca ima svoju tačku topljenja. Na primjer, tačke topljenja za helijum su -269,6˚S, za živu -38,9˚S, za bakar 1083˚S.

Tokom procesa topljenja, temperatura ostaje konstantna. Količina topline koja se dovodi izvana ide na uništavanje kristalne rešetke.

Tokom procesa stvrdnjavanja, iako se toplina uklanja, temperatura se ne mijenja. Energija koja se oslobađa tokom kristalizacije koristi se za održavanje konstantne temperature.

Dok se sva supstanca ne otopi ili dok se sva supstanca ne očvrsne, tj. sve dok čvrsta i tečna faza supstance postoje zajedno, temperatura se ne menja.

TV+tečnost tekućina + tv

, gdje je količina toplote, - količina topline potrebna za topljenje tvari koja se oslobađa tijekom kristalizacije tvari po masi

- specifična toplota fuzije– količina topline potrebna da se otopi 1 kg tvari na njenoj tački.

Kolika se količina topline utroši pri topljenju određene mase tvari, ista količina topline se oslobađa prilikom kristalizacije ove mase.

Također se zove specifična toplota kristalizacije.

Na tački topljenja, unutrašnja energija supstance u tekućem stanju je veća od unutrašnje energije iste mase supstance u čvrstom stanju.

Za veliki broj tvari, volumen se povećava tokom topljenja, a gustina se smanjuje. Prilikom stvrdnjavanja, naprotiv, volumen se smanjuje, a gustoća se povećava. Na primjer, čvrsti kristali naftalena tonu u tekući naftalen.

Neke tvari, na primjer, bizmut, led, galijum, liveno gvožđe, itd., skupljaju se kada se otape, a šire kada se skrućuju. Ova odstupanja od opšteg pravila objašnjavaju se posebnostima strukture kristalnih rešetki. Dakle, voda je gušća od leda, led pliva u vodi. Ekspanzija vode tokom smrzavanja dovodi do razaranja stijena.

Promena zapremine metala tokom topljenja i očvršćavanja je od suštinskog značaja u livnici.

Iskustvo to pokazuje promjena vanjskog pritiska na čvrstu supstancu odražava se u tački topljenja te tvari. Za one supstance koje se šire tokom topljenja, povećanje spoljašnjeg pritiska dovodi do povećanja tačke topljenja, jer. ometa proces topljenja. Ako se tvari stisnu tijekom topljenja, onda za njih povećanje vanjskog tlaka dovodi do smanjenja temperature topljenja, jer pomaže u procesu topljenja. Samo veoma veliko povećanje pritiska primetno menja tačku topljenja. Na primjer, da biste snizili tačku topljenja leda za 1˚C, pritisak se mora povećati za 130 atm. Tačka topljenja tvari pri normalnom atmosferskom tlaku naziva se tačka topljenja supstance.

U ovoj lekciji ćemo analizirati svojstva donekle specifičnog gasa - zasićene pare. Definisaćemo ovaj gas, ukazati na to kako se suštinski razlikuje od idealnih gasova koje smo ranije razmatrali i, preciznije, kako se razlikuje zavisnost pritiska zasićenog gasa. Također u ovoj lekciji, takav proces kao što je ključanje će biti razmotren i opisan.

Da biste razumjeli razliku između zasićene pare i idealnog plina, morate zamisliti dva eksperimenta.

Prvo uzmimo hermetički zatvorenu posudu s vodom i počnemo je zagrijavati. Kako temperatura raste, molekuli tečnosti će imati sve veću kinetičku energiju, a sve veći broj molekula će moći da pobegne iz tečnosti (vidi sliku 2), pa će se koncentracija pare povećati, a samim tim i njena pritisak. Dakle, prva pozicija:

Pritisak zasićene pare zavisi od temperature

Rice. 2.

Međutim, ova odredba je sasvim očekivana i nije toliko zanimljiva kao sljedeće. Ako stavite tekućinu sa svojom zasićenom parom ispod pokretnog klipa i počnete spuštati ovaj klip, tada će se, nesumnjivo, koncentracija zasićene pare povećati zbog smanjenja volumena. Međutim, nakon nekog vremena, para će se kretati s tekućinom u novu dinamičku ravnotežu kondenzacijom viška količine pare, a tlak se na kraju neće promijeniti. Druga pozicija teorije zasićene pare:

Pritisak zasićene pare ne zavisi od zapremine

Sada treba napomenuti da je pritisak zasićene pare, iako ovisi o temperaturi, poput idealnog plina, ali priroda ove ovisnosti je nešto drugačija. Činjenica je da, kao što znamo iz osnovne jednačine MKT, pritisak gasa zavisi i od temperature i od koncentracije gasa. Zbog toga pritisak zasićene pare zavisi od temperature nelinearno sve dok se koncentracija pare ne poveća, odnosno dok sva tečnost ne ispari. Grafikon ispod (slika 3) prikazuje prirodu zavisnosti pritiska zasićene pare od temperature,

Rice. 3

štaviše, prelazak iz nelinearnog preseka u linearni samo znači tačku isparavanja cele tečnosti. Pošto pritisak zasićenog gasa zavisi samo od temperature, moguće je apsolutno nedvosmisleno odrediti koliki će biti pritisak zasićene pare na datoj temperaturi. Ovi omjeri (kao i vrijednosti gustine zasićene pare) navedeni su u posebnoj tabeli.

Skrenimo sada našu pažnju na tako važan fizički proces kao što je ključanje. Već u osmom razredu ključanje je bilo definisano kao proces vaporizacije intenzivniji od isparavanja. Sada ćemo malo proširiti ovaj koncept.

Definicija. Vrenje- proces isparavanja koji se odvija u cijeloj zapremini tečnosti. Šta je mehanizam ključanja? Činjenica je da u vodi uvijek postoji otopljeni zrak, a kao rezultat povećanja temperature, njegova topljivost se smanjuje i formiraju se mikromjehurići. Pošto dno i zidovi posude nisu savršeno glatki, ovi mehurići se lepe za neravnine na unutrašnjoj strani posude. Sada dio vode i zraka postoji ne samo na površini vode, već i unutar zapremine vode, a molekuli vode počinju da prelaze u mjehuriće. Tako se unutar mjehurića pojavljuje zasićena para. Dalje, ovi mehurići počinju da plutaju, povećavajući zapreminu i uzimajući veći broj molekula vode u sebe, i pucaju na površinu, ispuštajući zasićenu paru u okolinu (slika 4).

Rice. 4. Proces vrenja ()

Uslov za formiranje i uzdizanje ovih mjehurića je sljedeća nejednakost: pritisak zasićene pare mora biti veći ili jednak atmosferskom pritisku.

Dakle, budući da pritisak zasićene pare zavisi od temperature, tačka ključanja je određena pritiskom okoline: što je niži, to je niža temperatura na kojoj tečnost ključa, i obrnuto.

U sljedećoj lekciji počet ćemo razmatrati svojstva krutih tijela.

Bibliografija

1. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z. Molekularna fizika. Termodinamika. - M.: Drfa, 2010.
2. Gendenstein L.E., Dick Yu.I. Fizika 10 razred. - M.: Ileksa, 2005.
3. Kasyanov V.A. Fizika 10 razred. - M.: Drfa, 2010.

1. Physics.ru ().
2. Chemport.ru ().
3. Narod.ru ().

Zadaća

1. Stranica 74: br. 546-550. fizika. Knjiga zadataka. 10-11 razredi. Rymkevich A.P. - M.: Drfa, 2013. ()
2. Zašto penjači ne mogu da kuvaju jaja na visini?
3. Na koje načine možete rashladiti topli čaj? Opravdajte ih u smislu fizike.
4. Zašto bi se pritisak plina na gorioniku trebao smanjiti nakon ključanja vode?
5. * Kako se voda može zagrejati iznad sto stepeni Celzijusa?

>>Fizika: Ovisnost tlaka zasićene pare o temperaturi. Vrenje

Tečnost ne samo da isparava. Kipi na određenoj temperaturi.
Pritisak zasićene pare u zavisnosti od temperature. Stanje zasićene pare, kako iskustvo pokazuje (o tome smo govorili u prethodnom paragrafu), približno je opisano jednadžbom stanja idealnog gasa (10.4), a njen pritisak je određen formulom

Kako temperatura raste, raste i pritisak. As Pritisak zasićene pare ne zavisi od zapremine, dakle zavisi samo od temperature.
Međutim, zavisnost r n.p. od T, nađeno eksperimentalno, nije direktno proporcionalno, kao u idealnom gasu pri konstantnoj zapremini. Sa povećanjem temperature, pritisak prave zasićene pare raste brže od pritiska idealnog gasa ( sl.11.1, presjek krive AB). Ovo postaje očigledno ako kroz tačke povučemo izohore idealnog gasa ALI i AT(isprekidane linije). Zašto se ovo dešava?

Kada se tečnost zagreje u zatvorenoj posudi, deo tečnosti se pretvara u paru. Kao rezultat, prema formuli (11.1) pritisak zasićene pare raste ne samo zbog povećanja temperature tečnosti, već i zbog povećanja koncentracije molekula (gustine) pare. U osnovi, povećanje tlaka s povećanjem temperature određuje se upravo povećanjem koncentracije. Glavna razlika u ponašanju idealnog gasa i zasićene pare je u tome što kada se promeni temperatura pare u zatvorenoj posudi (ili kada se promeni zapremina na konstantnoj temperaturi), masa pare se menja. Tečnost se delimično pretvara u paru, ili, obrnuto, para se delimično kondenzuje. Ništa slično se ne dešava sa idealnim gasom.
Kada sva tečnost ispari, para će prestati da bude zasićena daljim zagrevanjem, a njen pritisak pri konstantnoj zapremini će porasti direktno proporcionalno apsolutnoj temperaturi (vidi Sl. sl.11.1, presjek krive sunce).
. Kako temperatura tečnosti raste, brzina isparavanja se povećava. Konačno, tečnost počinje da ključa. Prilikom ključanja u cijeloj zapremini tečnosti formiraju se brzo rastući mjehurići pare, koji isplivaju na površinu. Tačka ključanja tečnosti ostaje konstantna. To je zato što se sva energija dovedena u tečnost troši na njeno pretvaranje u paru. Pod kojim uslovima počinje ključanje?
U tečnosti su uvek prisutni otopljeni gasovi koji se oslobađaju na dnu i zidovima posude, kao i na česticama prašine suspendovanim u tečnosti, koje su centri isparavanja. Tečne pare unutar mjehurića su zasićene. Kako temperatura raste, pritisak pare se povećava i mjehurići se povećavaju u veličini. Pod dejstvom uzgonske sile, oni plutaju. Ako gornji slojevi tečnosti imaju nižu temperaturu, tada se para kondenzuje u ovim slojevima u mjehurićima. Pritisak brzo opada i mjehurići kolabiraju. Kolaps je toliko brz da zidovi mjehura, sudarajući se, proizvode nešto poput eksplozije. Mnoge od ovih mikroeksplozija stvaraju karakterističnu buku. Kada se tečnost dovoljno zagreje, mehurići prestaju da se urušavaju i isplivaju na površinu. Tečnost će proključati. Pažljivo gledajte čajnik na šporetu. Videćete da skoro prestaje da proizvodi buku pre ključanja.
Ovisnost pritiska zasićene pare o temperaturi objašnjava zašto tačka ključanja tečnosti zavisi od pritiska na njenoj površini. Mjehur pare može rasti kada pritisak zasićene pare u njemu malo premaši pritisak u tečnosti, što je zbir pritiska vazduha na površini tečnosti (vanjski pritisak) i hidrostatskog pritiska stuba tečnosti.
Obratimo pažnju na činjenicu da se isparavanje tečnosti dešava na temperaturama nižim od tačke ključanja, i to samo sa površine tečnosti; tokom ključanja dolazi do stvaranja pare po celoj zapremini tečnosti.
Vrenje počinje na temperaturi na kojoj je pritisak pare zasićenja u mjehurićima jednak pritisku u tekućini.
Što je veći vanjski pritisak, to je viša tačka ključanja. Dakle, u parnom kotlu pri pritisku koji dostiže 1,6 10 6 Pa, voda ne ključa ni na temperaturi od 200°C. U medicinskim ustanovama u hermetički zatvorenim posudama - autoklavima ( sl.11.2) voda takođe ključa na povišenom pritisku. Zbog toga je tačka ključanja tečnosti mnogo viša od 100°C. Autoklavi se koriste za sterilizaciju hirurških instrumenata itd.

i obrnuto, smanjujući vanjski pritisak, time snižavamo tačku ključanja. Ispumpavanjem zraka i vodene pare iz tikvice, možete učiniti da voda proključa na sobnoj temperaturi ( sl.11.3). Kako se penjete na planine, atmosferski pritisak se smanjuje, tako da se smanjuje tačka ključanja. Na nadmorskoj visini od 7134 m (Lenjinov vrh na Pamiru), pritisak je približno 4 10 4 Pa ​​(300 mm Hg). Tamo voda ključa na oko 70°C. U ovim uslovima je nemoguće kuvati meso.

Svaka tečnost ima svoju tačku ključanja, koja zavisi od pritiska njene zasićene pare. Što je veći pritisak zasićene pare, to je niža tačka ključanja tečnosti, jer na nižim temperaturama pritisak zasićene pare postaje jednak atmosferskom pritisku. Na primjer, pri tački ključanja od 100 ° C, pritisak zasićene vodene pare je 101,325 Pa (760 mm Hg), a živine pare je samo 117 Pa (0,88 mm Hg). Živa ključa na 357°C pri normalnom pritisku.
Tečnost ključa kada pritisak njene zasićene pare postane jednak pritisku unutar tečnosti.

???
1. Zašto se tačka ključanja povećava sa povećanjem pritiska?
2. Zašto je ključanje ključno da bi se povećao pritisak zasićene pare u mjehurićima, a ne da bi se povećao pritisak zraka koji se nalazi u njima?
3. Kako da tečnost proključa hlađenjem posude? (Ovo je nezgodno pitanje.)

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, fizika 10. razred

Sadržaj lekcije sažetak lekcije podrška okvir prezentacije lekcije akcelerativne metode interaktivne tehnologije Vježbajte zadaci i vježbe samoispitivanje radionice, treninzi, slučajevi, potrage domaća zadaća diskusija pitanja retorička pitanja učenika Ilustracije audio, video i multimedija fotografije, slike grafike, tabele, šeme humor, anegdote, vicevi, stripovi, parabole, izreke, ukrštene reči, citati Dodaci sažetakačlanci čipovi za radoznale jaslice udžbenici osnovni i dodatni glosar pojmova ostalo Poboljšanje udžbenika i lekcijaispravljanje grešaka u udžbeniku ažuriranje fragmenta u udžbeniku elementi inovacije u lekciji zamjena zastarjelih znanja novim Samo za nastavnike savršene lekcije kalendarski plan za godinu metodološke preporuke programa diskusije Integrisane lekcije

Ako imate ispravke ili prijedloge za ovu lekciju,

A što će se dogoditi sa zasićenom parom ako se smanji volumen koji ona zauzima? Na primjer, ako komprimirate paru koja je u ravnoteži s tekućinom u cilindru ispod klipa, održavajući konstantnu temperaturu sadržaja cilindra.

Kada se para komprimuje, ravnoteža će početi da se narušava. Gustoća pare u prvom trenutku će se malo povećati i više molekula će početi prelaziti iz plina u tekućinu nego iz tekućine u plin. Uostalom, broj molekula koji napuštaju tekućinu u jedinici vremena ovisi samo o temperaturi, a kompresija pare ne mijenja taj broj. Proces se nastavlja sve dok se ponovo ne uspostave dinamička ravnoteža i gustina pare, pa stoga koncentracija njegovih molekula neće poprimiti istu vrijednost. stoga, koncentracija molekula zasićene pare na konstantnoj temperaturi ne zavisi od njenog volumena.

Pošto je pritisak proporcionalan koncentraciji molekula (str = nkT), onda iz ove definicije proizlazi da pritisak pare zasićenja je nezavisanotona zapremine koju zauzima.

Pritisak pare, u kojoj je tečnost u ravnoteži sa svojom parom naziva se pritisak pare zasićenja.

• nezasićena para.

Koristili smo riječi mnogo puta gas i pare. Ne postoji suštinska razlika između gasa i pare. Ali ako se pri konstantnoj temperaturi plin može jednostavnom kompresijom pretvoriti u tekućinu, tada ga nazivamo para, preciznije, nezasićena para.

• Zavisnost pritiska zasićene pare o temperaturi.

Stanje zasićene pare, kako iskustvo kaže, približno je opisano jednadžbom stanja idealnog gasa, a njen pritisak je određen formulom

Kako temperatura raste, raste i pritisak. As d pritisak zasićenpara ne zavisi od zapremine,to samo zavisiod temperature.

Međutim, ova zavisnost usta), eksperimentalno utvrđeno, nije direktno proporcionalno, kao u idealnom gasu pri konstantnoj zapremini. Sa povećanjem temperature, pritisak zasićene pare raste brže od pritiska idealnog gasa (slika 30, deo krive AB). Ovo postaje posebno očigledno ako kroz tačku povučemo izohoru ALI(isprekidana linija) Zašto se ovo dešava?

Međutim, ova zavisnost p(T), eksperimentalno utvrđeno, nije direktno proporcionalno, kao u idealnom gasu pri konstantnoj zapremini. Sa povećanjem temperature, pritisak zasićene pare je brži od pritiska idealnog gasa (slika 30.) Zašto se to dešava?

Kada se tečnost zagreje u zatvorenoj posudi, deo tečnosti se pretvara u paru. Kao rezultat, prema formuli
pritisak zasićena para raste ne samo zbog porasta temperature tečnost, ali i zbog povećanja koncentracija molekula (splav ness) par . U osnovi, povećanje tlaka s povećanjem temperature određuje se upravo povećanjem koncentracije. Glavna razlika u ponašanju idealnog gasa i zasićene pare je u tome što kada se promeni temperatura pare u zatvorenoj posudi (ili kada se promeni zapremina na konstantnoj temperaturi), masa pare se menja. Tečnost se delimično pretvara u paru ili, obrnuto, para se delimično kondenzuje. Kada sva tečnost ispari, para će, nakon daljeg zagrevanja, prestati da bude zasićena i njen pritisak pri konstantnoj zapremini će porasti direktno proporcionalno apsolutnoj temperaturi (vidi sliku 30, odeljak VS).

Naftu i naftne proizvode karakterizira određeni tlak zasićene pare, odnosno tlak pare ulja. Pritisak zasićene pare je normalizovan indikator za avionske i motorne benzine, koji indirektno karakteriše isparljivost goriva, njegove startne kvalitete i tendenciju stvaranja parnih brava u sistemu za napajanje motora.

Za tečnosti heterogenog sastava, kao što su benzini, pritisak pare zasićenja na datoj temperaturi je složena funkcija sastava benzina i zavisi od zapremine prostora u kome se nalazi parna faza. Stoga, da bi se dobili uporedivi rezultati, praktična određivanja moraju biti izvedena na standardnoj temperaturi i konstantnom odnosu parne i tečne faze. Imajući u vidu gore navedeno pritisak zasićene pare Goriva se nazivaju tlakom parne faze goriva, koja je u dinamičkoj ravnoteži sa tečnom fazom, mjeren na standardnoj temperaturi i određenom odnosu zapremina parne i tečne faze. Temperatura na kojoj pritisak zasićene pare postaje jednak pritisku u sistemu naziva se tačka ključanja supstance. Pritisak zasićene pare naglo raste sa porastom temperature. Na istoj temperaturi lakši naftni proizvodi se odlikuju višim pritiskom zasićene pare.

Trenutno postoji nekoliko načina za određivanje DNP supstanci, koji se mogu podijeliti u sljedeće grupe:

1. statička metoda.
2. dinamička metoda.
3. Metoda zasićenja pokretnim gasom.
4. Metoda za proučavanje izotermi.
5. Knudsenova metoda izljeva.
6. hromatografska metoda.

Statička metoda

Statička metoda je najčešći, jer prihvatljivo pri mjerenju DNP supstanci u širokom rasponu temperatura i pritisaka. Suština metode je mjerenje tlaka pare koja je u ravnoteži sa svojom tekućinom na određenoj temperaturi. Pritisak se može mjeriti ili manometrima (izvorni, živini, nosivi, vodeni), ili uz pomoć posebnih senzora (tenzometar, električni, itd.), koji omogućavaju konverziju u tlak, ili proračunski, kada se količina tvari u poznata je određena zapremina. Najrasprostranjenija metoda koja koristi različite manometare, tzv. direktna statička metoda. U tom slučaju, ispitivana tvar se sipa u pijezometar (ili bilo koju posudu), stavlja u termostat koji omogućava održavanje određene temperature i pomoću manometra mjeri DNP. Štaviše, povezivanje manometra može se izvesti i u tečnoj i u gasnoj fazi. Prilikom povezivanja manometra u tečnoj fazi, uzima se u obzir korekcija za hidrostatski stup tečnosti. Povezivanje mjernog uređaja obično se vrši preko separatora koji se koristi kao živine brave, membrane, mijehovi itd.

Na osnovu direktne statičke metode kreiran je niz eksperimentalnih postava za proučavanje DNP naftnih derivata.

U preradi nafte, zbog svoje jednostavnosti, standard Reidova metoda bombe(GOST 1756-2000). Bomba se sastoji od dvije komore: goriva 1 i zraka 2 sa omjerom volumena 1:4, respektivno, povezane navojem. Pritisak koji stvaraju pare ispitivanog goriva bilježi se manometrom 3 pričvršćenim na vrhu zračne komore. Ispitivanje se izvodi na temperaturi od 38,8°C i pritisku od 0,1 MPa koji obezbjeđuje posebna kupka s kontroliranom temperaturom.

Pritisak zasićene pare ispitne tečnosti određuje se formulom:

Određivanje pritiska pare u Reid bombi daje približne rezultate koji služe samo za uporednu ocjenu kvaliteta motornih goriva.

Prednosti uređaja uključuju jednostavnost dizajna i eksperimentiranja, nedostaci su konstantan omjer tekućih i parnih faza i hrapavost metode (greška u određivanju DNP-a benzina doseže 15-20%).

Preciznija opcija za mjerenje DNP-a statičkom metodom je Sorrel-NATI metoda. Ova metoda se može koristiti za određivanje apsolutnih vrijednosti tlaka zasićene pare čak i pri negativnim temperaturama. Prednost ove metode je mogućnost mjerenja DNP-a u različitim omjerima tečne i parne faze, kao iu prisustvu ili odsustvu zraka i plinova otopljenih u tvari. Nedostaci uključuju složenost, primjenjivost samo u posebnim laboratorijama i relativno veliku grešku u mjerenju DNP (do 5%).

Odstupanja između podataka dobijenih upotrebom Reid bombe i NATI metode su 10-20%.

Dynamic Method

Dynamic Method na osnovu merenja tačke ključanja tečnosti pri određenom pritisku. Postojeće eksperimentalne postavke zasnovane na dinamičkoj metodi koriste ebuliometre u svojim dizajnima. Riječ je o uređajima koji se temelje na principu prskanja termometra mješavinom para i tekućine. Dinamička metoda je razvijena za proučavanje DNP čistih supstanci, za koje je tačka ključanja fiksna vrijednost, a nije korištena za mjerenje tlaka zasićenih naftnih derivata, čija se tačka ključanja mijenja kako komponente ključaju. Poznato je da frakcije ulja uskog ključanja zauzimaju međupoziciju između čistih supstanci i smeša. Raspon mjerenja pritiska dinamičkom metodom obično je mali - do 0,15-0,2 MPa. Stoga su nedavno učinjeni pokušaji primjene dinamičke metode za proučavanje DNP uskih frakcija nafte.

Metoda zasićenja pokretnim gasom

Metoda zasićenja pokretnim gasom koristi se u slučaju kada DNP supstance ne prelazi nekoliko mm Hg. Nedostatak metode je relativno velika greška u eksperimentalnim podacima i potreba da se zna molekularna težina ispitivane supstance. Suština metode je sljedeća: inertni plin se propušta kroz tekućinu i zasićen je parama potonjeg, nakon čega ulazi u hladnjak, gdje se apsorbirane pare kondenziraju. Poznavajući količinu gasa i apsorbovane tečnosti, kao i njihovu molekulsku težinu, moguće je izračunati pritisak zasićene pare tečnosti.

Metoda za proučavanje izotermi

Metoda za proučavanje izotermi daje najpreciznije rezultate u odnosu na druge metode, posebno na visokim temperaturama. Ova metoda se sastoji u proučavanju odnosa između pritiska i zapremine zasićene pare pri konstantnoj temperaturi. U tački zasićenja, izoterma bi trebala imati pregib, pretvarajući se u pravu liniju. Smatra se da je ova metoda prikladna za mjerenje DNP čistih supstanci i da je neprikladna za višekomponentne tvari kod kojih je tačka ključanja neodređena vrijednost. Stoga nije dobio distribuciju u mjerenju DNP naftnih derivata.

Knudsenova metoda izljeva

Knudsenova metoda izljeva primjenjiv uglavnom za mjerenje vrlo niskih pritisaka (do 100 Pa). Ova metoda omogućava pronalaženje brzine izlijevanja pare prema količini kondenzata, pod uvjetom da je efluentna tvar potpuno kondenzirana. Instalacije zasnovane na ovoj metodi imaju sledeće nedostatke: one su instalacije za jedno merenje i zahtevaju smanjenje pritiska nakon svakog merenja, što u prisustvu lako oksidirajućih i nestabilnih supstanci često dovodi do hemijske transformacije ispitivane supstance i izobličenja rezultata merenja. Stvorena je eksperimentalna postavka koja nema ovih nedostataka, ali složenost dizajna omogućava da se koristi samo u posebno opremljenim laboratorijama. Ova metoda se uglavnom koristi za mjerenje DNP čvrstih tvari.

Knudsenova metoda izljeva

Kromatografska metoda određivanja DNP supstance počele su se razvijati relativno nedavno. U ovoj metodi, određivanje DNP naftnih derivata zasniva se na kompletnoj hromatografskoj analizi tečnosti i proračunu zbira parcijalnih pritisaka svih komponenti smeše. Metoda za određivanje DNP pojedinačnih ugljovodonika i frakcija naftnih derivata zasniva se na idejama koje su razvili autori o fizičko-hemijskom indeksu zadržavanja i konceptu fazne specifičnosti. Za tu svrhu potrebno je posjedovati ili kapilarnu hromatografsku kolonu velike snage razdvajanja ili literaturne podatke o retencijskim indeksima ispitivanih spojeva.

Međutim, kada se analiziraju tako složene mješavine ugljovodonika kao što su naftni proizvodi, poteškoće se javljaju ne samo u odvajanju ugljovodonika koji pripadaju različitim klasama, već iu identifikaciji pojedinačnih komponenti ovih mješavina.

Konverzija pritiska zasićene pare

U tehnološkim proračunima često je potrebno preračunati temperature s jednog tlaka na drugi, odnosno tlaka s promjenom temperature. Za to postoje mnoge formule. Ashworthova formula je dobila najveću primjenu:

Formula Ashwortha koju je precizirao V.P. Antonchenkov ima oblik:

Za ponovno izračunavanje temperature i tlaka također je zgodno koristiti grafičke metode.

Najčešći plot je Cox plot, koji je konstruisan na sljedeći način. Os apscise je logaritamska skala na kojoj su ucrtane vrijednosti logaritma pritiska ( lgP), međutim, radi lakšeg korištenja, odgovarajuće vrijednosti su ucrtane na skali R. Vrijednosti temperature su iscrtane na y-osi. Prava linija je nacrtana pod uglom od 30° u odnosu na osu apscise, označena indeksom " H 2 0“, koji karakterizira ovisnost tlaka zasićene vodene pare o temperaturi. Prilikom konstruiranja grafa iz niza tačaka na osi apscise, vratite okomice na sjecište s pravom linijom H 2 0 a rezultirajuće tačke se prenose na y-osu. Na y-osi se dobija skala, izgrađena na tačkama ključanja vode, koja odgovara različitim pritiscima njenih zasićenih para. Zatim, za nekoliko dobro proučenih ugljovodonika, uzima se niz tačaka sa unapred poznatim tačkama ključanja i njihovim odgovarajućim pritiscima pare zasićenja.

Pokazalo se da su za alkane normalne strukture grafovi konstruisani prema ovim koordinatama prave linije koje se sve skupljaju u jednoj tački (polu). U budućnosti je dovoljno uzeti bilo koju tačku sa koordinatama temperatura - tlak zasićene pare ugljikovodika i spojiti je na pol kako bi se dobila ovisnost tlaka zasićene pare o temperaturi za ovaj ugljovodonik.

Uprkos činjenici da je graf konstruisan za pojedinačne normalne alkane, on se široko koristi u tehnološkim proračunima za uske frakcije nafte, iscrtavajući prosečnu tačku ključanja ove frakcije na y-osi.

Za ponovno izračunavanje tačaka ključanja naftnih derivata iz dubokog vakuuma u atmosferski pritisak koristi se UOP nomogram, prema kojem se povezivanjem dvije poznate vrijednosti ​​na odgovarajućim skalama grafikona pravocrtnom linijom, željena vrijednost dobijeno na raskrsnici sa trećom skalom R ili t. UOP nomogram se uglavnom koristi u laboratorijskoj praksi.

Pritisak zasićene pare smeša i rastvora, za razliku od pojedinačnih ugljovodonika, ne zavisi samo od temperature, već i od sastava tečne i parne faze. Za otopine i mješavine koje poštuju Raoultove i Daltonove zakone, ukupni tlak zasićene pare mješavine može se izračunati pomoću formula:

U području visokih pritisaka, kao što je poznato, pravi plinovi ne poštuju Raoultove i Daltonove zakone. U takvim slučajevima, tlak zasićene pare utvrđen proračunskim ili grafičkim metodama se rafinira korištenjem kritičnih parametara, faktora stišljivosti i fugabilnosti.

Gustina