Molekuláris fizika. Telített és telítetlen gőzök
A prezentációk előnézetének használatához hozzon létre egy Google-fiókot (fiókot), és jelentkezzen be: https://accounts.google.com
Diák feliratai:
Telített gőz. A telített gőz nyomásának függése a hőmérséklettől. Páratartalom. Guseva N.P. MOU 41. számú középiskola, Szaratov
PÁROLGÁS Az anyag folyékony halmazállapotból gáz halmazállapotúvá történő átalakulásának folyamata a párolgás; a fordított folyamatot kondenzációnak nevezik; A párolgás az abszolút nullától eltérő bármely hőmérsékleten megtörténik; a folyadék párolgási sebessége függ a hőmérséklettől, az elpárolgott felület területétől, a folyadék típusától és a széltől.
FORRÁS - a folyadék teljes térfogatában végbemenő párolgási folyamat A forráspont a folyadéknak az a hőmérséklete, amelyen a telített gőz nyomása egyenlő vagy nagyobb, mint a külső nyomás. A forrás fenntartása érdekében a folyadékot hővel kell ellátni, amelyet párologtatásra fordítanak, mert a gőz belső energiája nagyobb, mint egy azonos tömegű folyadék belső energiája. A forrás során a folyadék hőmérséklete állandó marad.
A gőz egy elpárolgott folyékony molekulák által képzett gáz, igaz rá a p \u003d nkT egyenlet. Az ideális gáz és a telített gőz viselkedésének fő különbsége: amikor a gőz hőmérséklete zárt edényben változik (vagy amikor a térfogat változik állandó hőmérsékleten), a gőz tömege változik. A folyadék részben gőzzé alakul, vagy fordítva, a gőz részben lecsapódik. Ideális gázzal semmi ilyesmi nem történik.
A telített gőz fő tulajdonsága, hogy a gőznyomás állandó hőmérsékleten nem függ a térfogattól. Amikor az összes folyadék elpárolgott, a gőz további melegítés hatására megszűnik telítődni, és nyomása állandó térfogaton az abszolút hőmérséklettel egyenes arányban nő (lásd 11.1. ábra, a BC görbe metszet). p = nkT
Milyen körülmények között kezdődik a forralás? A folyadék mindig tartalmaz oldott gázokat, amelyek az edény alján és falán szabadulnak fel, valamint a folyadékban szuszpendált porszemcsékre, amelyek a párolgási központok. A buborékok belsejében lévő folyadékgőzök telítettek. A hőmérséklet növekedésével a gőznyomás nő, és a buborékok mérete nő. A felhajtóerő hatására felúsznak. A forrás akkor kezdődik, amikor a buborékok belsejében lévő telített gőz nyomása egyenlő és nagyobb lesz, mint a folyadékoszlop külső nyomása és hidrosztatikai nyomása.
Minél nagyobb a külső nyomás, annál magasabb a forráspont. Tehát egy gőzkazánban 1,6 10 6 Pa nyomáson a víz még 200 °C hőmérsékleten sem forr fel. Az egészségügyi intézményekben hermetikusan lezárt edényekben - autoklávokban (11.2. ábra) a víz megemelt nyomáson is felforr. Ezért a folyadék forráspontja jóval magasabb, mint 100 °C. Az autoklávokat sebészeti műszerek sterilizálására használják, stb.
A külső nyomás csökkentésével csökkentjük a forráspontot. Levegőt és vízgőzt kiszivattyúzva a lombikból szobahőmérsékleten felforralhatja a vizet (11.3. ábra). Ahogy felmászik a hegyekre, a légköri nyomás csökken, így a forráspont is csökken. 7134 m magasságban (Lenin-csúcs a Pamírban) a nyomás megközelítőleg egyenlő (300 Hgmm). A víz körülbelül 70 °C-on forr. Ilyen körülmények között lehetetlen húst sütni.
Milyen folyamatot nevezünk párolgásnak? Milyen tényezők befolyásolják a folyadék párolgási sebességét? Milyen folyamatot nevezünk kondenzációnak? Hogyan magyarázhatóak a párolgási folyamatok az MKT szemszögéből? Miért jár együtt a párolgás a folyadék hőmérsékletének csökkenésével?
5. Miért nem változik a folyadék hőmérséklete forrás közben, holott a folyadék továbbra is kap energiát a fűtőberendezéstől? 6. Milyen erővel emelik a buborékokat a folyadék felszínére? 7. Lehetséges-e felforralni a vizet 100°C alatt?
LEVEGŐ PÁRASÁGA A Föld légkörében 13-15 ezer km 3 víz található cseppek, kristályok és vízgőz formájában. A levegőben lévő vízgőz mennyiségét páratartalomnak nevezzük. A páratartalom jellemzői: parciális nyomás (p) - az a nyomás, amelyet a vízgőz akkor termelne, ha minden más gáz hiányzik; relatív páratartalom (φ) - az adott hőmérsékleten a levegőben lévő p parciális nyomás és a telített gőz azonos hőmérsékletű p nyomásának aránya
Az időjárás előrejelzés a relatív páratartalom értékét százalékban jelzi! A relatív páratartalom azt jelzi, hogy a levegő vízgőztartalma milyen közel van a telítettséghez. 100%-os relatív páratartalom mellett telített vízgőz van a levegőben. A túlzottan száraz levegő és a magas páratartalom egyaránt káros az emberi egészségre. Az ember számára a legkényelmesebb páratartalom 40-60% között van.
Vegyünk egy zárt edényt, amibe vizet öntünk. A nagy energiatartalékkal rendelkező hidrogénmolekulák képesek a vízfelszínről a gázfázisba távozni. Néhányan visszatérhetnek a vízbe. Idővel egyensúly jön létre a gőzbe kibocsátott és a folyadékba visszakerülő molekulák száma között.
A folyadékkal egyensúlyban lévő gőzt ún gazdag, és az általa kifejtett nyomást ún telített gőznyomás ( P° A).
P° A- telített gőz nyomása tiszta oldószeren.
Most vegyük ugyanazt a zárt edényt, és öntsünk egy A + B (nem illékony) anyagokat tartalmazó oldatot. Az oldott anyag molekulái nem jönnek ki a sávba, az oldószermolekulák jönnek ki. Kisebb számú oldószermolekula jön ki, mert kevesebb az oldatban, mint a tiszta oldószerben. Ezért az egyensúly alacsonyabb nyomáson jön létre.
P A az oldószer telített gőznyomása az oldat felett. Ez a nyomás mindig kisebb, mint egy tiszta oldószer telítési gőznyomása ( P A< P° A ).
Ezen tapasztalatok alapján Raul Levezette törvényét, amelynek kétféle rögzítési formája van, és ebből következően két megfogalmazása is:
1) az oldószer telített gőznyomása az oldat felett egyenesen arányos az oldószer mólarányával. P A = P° A *N A
2) az oldószer mólfrakciója helyett az oldott anyag mólfrakcióját kell megadni
N A = 1-N B
P A = P° A *(1-N B)
N B =(P° A -P A)/ P° A
P° A – P A jellemzi az oldószer telített gőzének nyomásának csökkenését az oldat felett.
Az oldószer telített gőzének az oldat feletti nyomásának relatív csökkenése megegyezik az oldat móltörtével.
2) az oldat forráspontja - ez az a t, amelynél az oldószer telített gőznyomása az oldat felett egyenlővé válik a külső nyomással.
AB a telített gőznyomás változását tiszta oldószerben t-vel jellemzi
A CD jellemzi az oldószer telített gőzének nyomásváltozását C m 1 koncentrációjú oldat felett, t
A C'D' az oldószer telített gőzének nyomásváltozását jellemzi C m 2 koncentrációjú oldathoz képest, C m 2 > C m 1
Megállapítások:
1) minden oldat t magasabb hőmérsékleten forr, mint a tiszta oldószer
2) a forráspont növekedése egyenesen arányos az oldat moláris koncentrációjával.
∆T k \u003d T - r-ra -T - r-la
∆T to- a forráspont emelkedése
∆T k \u003d E * C m(E - ebullioszkópos állandó)
Az E érték fizikai jelentése:
Az ebullioszkópiai állandó azt a forráspont növekedést jellemzi, amely akkor figyelhető meg, ha C
Ha C m \u003d 1 mol / kg * H 2 O, akkor E \u003d ∆T
E értéke csak az oldószer természetétől függ, és nem függ a reaktáns természetétől
E n2o \u003d 0,51 fok * kg / mol
Számításkor ∆ A T hőmérsékletet ºС-ban értjük!!!
3) oldat fagyáspontja t, amelynél az oldószer telítési gőznyomása az oldat felett egyenlővé válik a jég feletti telítési gőznyomással.
MN a telített gőznyomás változását jég felett t-vel jellemzi.
1) minden oldat t alacsonyabb hőmérsékleten fagy meg, mint a tiszta oldószer.
2) a t fagyás csökkenése egyenesen arányos a megoldással.
∆T s \u003d T s r-la - T s r-ra(∆Т=0)
∆T s \u003d K * C m
Nak nek a krisztallográfiai állandó
Ha C m \u003d 1 mol / kg * H 2 O, akkor K \u003d ∆ T
K H2O \u003d 1,86 fok * kg / mol
Az oldatok fagyasztási tulajdonságainak gyakorlati felhasználása alacsonyabb t-nél:
1) hűtőkeverékek készítéséhez
2) cserébe jeges út, jég, sóval meghintve.
3) krioszkópos módszer az oldott anyag moláris tömegének meghatározására:
Az oldószerből mintát vesznek, jég és só keverékével lehűtik, és egy speciális hőmérővel meghatározzák a fagyási hőmérsékletet, amely ún. Beckmann hőmérő . Ezt követően az oldószert megolvasztjuk, és az oldott anyag kimért részét hozzáadjuk, és meghatározzuk a fagyáspontot is. Akkor számolj
∆T s \u003d T s r-la - T s r-ra
∆T k \u003d (K * m B * 1000) / (M B * m A)és ebből a képletből számítsuk ki M B .
M B \u003d (K * m B * 1000) / (∆T - * m A)
4) ozmózis és ozmotikus nyomás
Tekintsük a legegyszerűbb ozmométer eszközét. Egy pohár vízbe ozmometrikus cellát helyezünk, amelyet alulról féligáteresztő membránnal lezárunk, hogy a cukorszint és a vízszint egy szinten legyen. A víz emelkedik és a szint emelkedik
Ozmózis - ez az oldószermolekulák egyirányú, spontán diffúziója féligáteresztő membránon keresztül, alacsonyabb koncentrációjú oldatból nagyobb koncentrációjú oldatba.
Ozmotikus nyomás egyenlő egy h magasságú folyadékoszlop hidrosztatikai nyomásával, amelyet az oldatra kell alkalmazni az ozmózis késleltetése érdekében.
R osm. =C M *R*T
CM\u003d 1 mol / m 3
mol / l * 1000 \u003d mol / m 3
P osm. -> Pa (N/m2)
T->K
Az oldatok forráspontja t emelkedésének mértékét nevezzük ebuliometria.
A tiszta oldószer és oldat fagyáscsökkenésének t nagyságának meghatározását ún kriometria .
Van't Hoff törvénye: ozmotikus nyomás ( R osm) egyenesen arányos a moláris koncentrációval (c) és az oldat abszolút hőmérsékletével (T):
R osm. =C M *R*T
Az azonos ozmotikus nyomású oldatokat ún izotóniás.
Ha két oldat ozmózisnyomása eltérő, akkor a nagyobb ozmózisnyomású oldat hipertóniás a másodikhoz és a másodikhoz képest - hipotóniás az elsőhöz képest.
Az elektrolit oldatokban az összes kolligatív tulajdonság értéke nagyobb, mint a nem elektrolitokban.
Az elektrolit oldatok kolligatív tulajdonságai:
1) izotóniás arány (i) - egy érték, amely megmutatja, hogy egy elektrolit oldat tulajdonsága hányszor nagyobb, mint egy azonos koncentrációjú nem elektrolit oldaté:
i = c*R*T el. / c*R*T nem el. \u003d ∆T csere.el. /∆Т csere nem el. = ∆Т forrás.el. /∆T forráspont nem el.
Jelentése én a disszociáció mértékétől függ ( α ) egy adott elektrolit és az egy molekula disszociációja során keletkező ionok száma (v):
i = 1 + α (v – 1)
2) tevékenység (a) Olyan mennyiségnek nevezzük, amelynek helyettesítése az ideális rendszerekre érvényes egyenletekben a koncentráció helyett alkalmazhatóvá teszi azokat erős elektrolitok oldataira is. A koncentráció (c) és valamilyen változó (f) tényező szorzataként ábrázolható, ún aktivitási tényező . azok. a = f*c
Az aktivitási együttható, amely magában foglalja a kölcsönhatási erők korrekcióját, az oldat ionerősségéhez kapcsolódik ( μ ) a következő összefüggéssel: lg f = -0,5Z* μ négyzetgyöke.
ahol Z az ion töltése.
3) ionerősség elektrolitoldat egyenlő az oldatban jelenlévő egyes ionok koncentrációja (c) szorzata és töltésük négyzete összegének felével, azaz.
μ=1/2∑C 1 Z 1 2 = 1/2 (C 1 Z 1 2 + C 2 Z 2 2 +…+ C n Z n 2)
4) disszociációs állandó
A gyenge elektrolitok oldataiban az ionokkal együtt disszociálatlan molekulák is vannak, pl. van egy egyensúly: HA↔H + +A -
Az elektrolit szilárdságának jellemzője a disszociációs állandó: Diss. \u003d [A - ] /
A disszociációs állandó összefüggését az elektrolit koncentrációjával és a disszociáció mértékével Ostwald állapította meg. Ostwald hígítási törvénye: Diss. = cα 2 /(1-α)
Gyenge elektrolitoknál nagyon kicsi és értéke elhanyagolható.
Azután: Diss. =α 2 c
2.10,11,12
Diffúzió - spontán folyamat egy anyag oldatban történő kiegyenlítésére.
A termodinamika szempontjából a diffúzió oka az anyag mozgása magasabb kémiai potenciálról egy alacsonyabbra: μ(s 1)> μ(s 2),с 1 >c 2 esetén
A diffúzió leáll, ha a koncentráció az oldat minden pontján azonos lesz. Ebben az esetben a kémiai potenciál a rendszer különböző pontjain azonos lesz.
Egy anyag diffúziós sebessége függ molekuláinak tömegétől és alakjától, valamint az anyag különböző rétegekben lévő koncentrációitól.
1855-ben Fick, diffúz folyamatokat tanulmányozva megállapította a törvényt: egy anyag diffúziós sebessége arányos azzal a felülettel, amelyen keresztül az anyag átjut, és ennek az anyagnak a koncentráció-gradiensével.
∆n/∆t= -D*S*∆c/∆x
∆n/∆t - diffúziós sebesség, mol/s
S - felület, m 2
∆c/∆x - koncentráció gradiens, mol/m 2
D - egy anyag arányossági vagy diffúziós együtthatója, m 2 / s
Einstein és attól függetlenül Smoluchowski a következőket hozta ki diffúziós együttható egyenlete: D=(RT/N A)*(1/6πηr)
R - univerzális gázállandó, tekercs 8,31 J / (mol K)
T - abszolút hőmérséklet, K
N A - Avogadro-állandó, egyenlő: 6,02 * 10 23 1 / mol
r - diffundáló részecskék sugara, m
D - diffúziós együttható, m 2 / s
η - a közeg viszkozitása, N * s / m 2
Mókusok (fehérjék, polipeptidek) - nagy molekulatömegű szerves anyagok, amelyek peptidkötéssel láncban összekapcsolt aminosavakból állnak.
Külön fehérjék:
1) egyszerű fehérje aminosavak polikondenzációjának termékének tekintjük, azaz. mint specifikus természetes polimer
2) komplex fehérjékáll egy egyszerű fehérje és nem fehérje komponensek - szénhidrátok, nukleinsavak, lipidek és egyéb vegyületek.
Az a pH-érték, amelyen a fehérje található izoelektromos állapot , azaz azt az állapotot, amelyben egy fehérjerészecskében az ellentétes töltések száma azonos, és a teljes töltése nulla, ún. izoelektromos pont ebből a fehérjéből.
kisózva - ez az a jelenség, amikor az oldott IUD kicsapódik nagy koncentrációjú elektrolit hatására.
Kisózási hatásuk szerint minden kation és anion elrendezhető liotróp sorozat :
Az ionok liotróp sorozatokban való elrendeződése nem töltésük nagyságával függ össze, mint a közönséges koagulációnál, hanem hidratáltságuk mértékével. Minél jobban meg tudja kötni az ion az oldószert, annál nagyobb a kisózási hatása. A kisózásban, valamint a duzzadásban a főszerep az anionoké, míg a kationok kevésbé hatnak a kisózásra.
2.13,16,18,19,20,21
A polimerek tulajdonságai jelentősen megváltoznak, ha kis molekulatömegű vegyületeket adnak hozzá. Például, ha egy cellulózból álló celofán filmet glicerinnel megnedvesítenek, a glicerin kis molekulái behatolnak a cellulózmolekulák közötti térbe, és egyfajta kenőanyagot képeznek. Ebben az esetben az intermolekuláris kötések gyengülnek, és a film plasztikusabbá válik.
A polimer lágyítása - A polimer plaszticitásának növelését kis mennyiségű NMS-sel ún.
Az IUD duzzanata és feloldódása. A polimer (VMS) és az oldószer (NMS) érintkezésekor duzzadás következik be, majd a polimer feloldódik.
1) Duzzanat- az oldószer behatolása a polimer anyagba, amelyet a minta térfogatának és tömegének növekedése kísér. Mennyiségileg a duzzanat a duzzanat mértékével mérhető:
A duzzadás mértéke a polimer láncok merevségétől függ. A láncok között nagy számú keresztkötéssel (keresztkötéssel) rendelkező merev polimerekben a duzzadás mértéke alacsony. Így például az ebonitok - erősen vulkanizált gumik - gyakorlatilag nem duzzadnak benzolban. A gumik (gumik) korlátozott mértékben megduzzadnak a benzinben. A hideg vízben lévő zselatint korlátozott duzzanat is jellemzi. Ha forró vizet adnak a zselatinhoz, vagy benzolt adnak a természetes gumihoz, ezek a polimerek korlátlan ideig megduzzadnak.
Különféle tényezők hatása a duzzanat mértékére:
1) A polimer duzzadási foka a polimer természetétől és az oldószer természetétől függ. A polimer jobban megduzzad olyan oldószerben, amelynek molekuláris kölcsönhatása magas a makromolekulákkal. A poláris polimerek poláris folyadékokban duzzadnak (fehérje vízben), nem poláris - nem polárisban (gumi benzolban). A korlátozott duzzadás hasonló a korlátozott oldhatósághoz. Ennek eredményeként zselék képződnek (korlátozott mértékben duzzadt polimer).
2) Az oldószer jellegén túl az IUD duzzadását az elektrolitok jelenléte is befolyásolja.
3) közepes pH
4) hőmérséklet.
2) A szol vagy polimer oldat zselévé való átalakulásának folyamatát gélesedésnek, ill megfagyás.
A folyamatot befolyásoló tényezők:
1) koncentráció(a koncentráció növelése felgyorsítja a gélesedési folyamatot)
2) anyagok természete(nem minden hidrofób szol tud géllé alakulni, például a nemesfémek szolai: arany, ezüst, platina - nem képesek gélesedni, ami a szolok sajátos szerkezetével és alacsony koncentrációjával magyarázható)
3) hőfok(alacsony hőmérséklet hozzájárul a gélesedéshez. A hőmérséklet csökkentése felgyorsítja a részecskék aggregációját és csökkenti az anyag oldhatóságát)
4) feldolgozási idő(A zselésedés folyamata alacsony hőmérsékleten is hosszú időt (percektől hetekig) igényel a sejttérfogat-hálózat kialakulásához. A kialakulásához szükséges időt érési periódusnak nevezzük)
5) részecske alakja(a zselatinizációs folyamatok a rúd vagy szalag alakú részecskékből álló szolokban különösen jól mennek végbe)
6) elektrolitok(eltérően befolyásolja a kocsonyásodás sebességét)
7) környezeti reakció(a kocsonyásodás gyorsabban megy végbe, ha a fehérjemolekulák nem rendelkeznek elektromos töltéssel és kevésbé hidratáltak, azaz izoelektromos állapotban vannak)
Sok gélnek azt a képességét, hogy mechanikai behatás hatására cseppfolyósodik, szolokká alakul, majd ismét nyugalmi állapotba gélesedik, ún. tixotrópia .
3) IUD extrudálás - IUD-ok izolálása az oldatból ionok vagy nem elektrolitok bevezetésével.
A legkevésbé sózó hatást a lágy bázisok - I- és NCS-anionok - mutatják, amelyek gyengén hidratálnak és jól adszorbeálódnak a HMC molekulákon.
A HMS-oldat stabilitásának csökkenése figyelhető meg, ha a polimer liofilitása csökken. A liofilitást nemcsak jól hidratált ionok hozzáadásával lehet csökkenteni, hanem olyan oldószert is adunk a HMW vizes oldatához, amelyben a polimer kevésbé oldódik, mint vízben. Például az etanol kisózza a vízben oldott zselatint.
4) Koacerváció - az IUD oldat stabilitásának megsértése esetén kialakul koacerválni - új, polimerrel dúsított folyékony fázis. A koacervátum lehet a kiindulási oldatban cseppek formájában, vagy folyamatos réteget képezhet (rétegződés);
Koacerváció akkor következik be, amikor az oldat hőmérséklete vagy összetétele megváltozik, és az oldat komponenseinek kölcsönös oldhatóságának csökkenése miatt következik be. A legtöbbet vizsgált fehérjék és poliszacharidok koacervációja vizes oldatokban. A földi élet keletkezésének egyik elmélete (A.I. Oparin) szerint a koacervátumok ősi életformák embriói.
Felhasználás: gyógyszerek mikrokapszulázásához. Ehhez a gyógyászati anyagot polimer oldatban diszpergálják, majd a közeg hőmérsékletének vagy pH-jának változtatásával, az oldószer egy részének elpárologtatásával vagy kisózószer bejuttatásával egy polimerben gazdag fázist izolálnak az oldatból. Ennek a fázisnak a kis cseppjei lerakódnak a diszpergált részecskékből álló kapszulák felületére, folyamatos héjat képezve. A gyógyszerek mikrokapszulázása stabilitást biztosít, meghosszabbítja a hatást, és elfedi a gyógyszerek kellemetlen ízét.
2.24,25,26,27
Viszkozitás- a környezet mozgással szembeni ellenállásának mértéke. Ezt az értéket a viszkozitási együttható jellemzi.
A folyadék nem csak elpárolog. Egy bizonyos hőmérsékleten felforr.Telített gőznyomás a hőmérséklet függvényében. A telített gőz állapotát a tapasztalatok szerint (erről az előző bekezdésben beszéltünk) közelítőleg az ideális gáz állapotegyenlete (10.4) írja le, nyomását pedig a képlet határozza meg.
A hőmérséklet emelkedésével a nyomás emelkedik. Mint A telített gőznyomás nem függ a térfogattól, ezért csak a hőmérséklettől függ.
Azonban a függőség r n.p. tól től T, amelyet kísérletileg találtunk, nem egyenesen arányos, mint egy állandó térfogatú ideális gázban. A hőmérséklet emelkedésével a valódi telített gőz nyomása gyorsabban növekszik, mint az ideális gázé ( ábra.11.1, a görbe szakasza AB). Ez nyilvánvalóvá válik, ha egy ideális gáz izohorjait a pontokon keresztül megrajzoljuk DEés NÁL NÉL(szaggatott vonal). Miért történik ez?
Amikor egy folyadékot zárt edényben hevítenek, a folyadék egy része gőzzé alakul. Ennek eredményeként a (11.1) képlet szerint a telített gőz nyomása nemcsak a folyadék hőmérsékletének emelkedése miatt növekszik, hanem a gőz molekulák koncentrációjának (sűrűségének) növekedése miatt is. Alapvetően a nyomás növekedését a hőmérséklet növekedésével pontosan a koncentráció növekedése határozza meg. Az ideális gáz és a telített gőz viselkedésében az a fő különbség, hogy amikor a gőz hőmérséklete egy zárt edényben változik (vagy ha a térfogat változik állandó hőmérsékleten), akkor a gőz tömege megváltozik. A folyadék részben gőzzé alakul, vagy fordítva, a gőz részben lecsapódik. Ideális gázzal semmi ilyesmi nem történik.
Amikor az összes folyadék elpárolgott, a gőz a további melegítés hatására megszűnik telítődni, és nyomása állandó térfogat mellett az abszolút hőmérséklettel egyenes arányban nő (lásd 1. ábra.11.1, a görbe szakasza Nap).
Forró. A folyadék hőmérsékletének növekedésével a párolgás sebessége nő. Végül a folyadék forrni kezd. Forráskor a folyadék teljes térfogatában gyorsan növekvő gőzbuborékok képződnek, amelyek a felszínre úsznak. A folyadék forráspontja állandó marad. Ennek az az oka, hogy a folyadékhoz juttatott összes energiát gőzzé alakítására fordítják. Milyen körülmények között kezdődik a forralás?
A folyadék mindig tartalmaz oldott gázokat, amelyek az edény alján és falán szabadulnak fel, valamint a folyadékban szuszpendált porszemcsékre, amelyek a párolgási központok. A buborékok belsejében lévő folyadékgőzök telítettek. A hőmérséklet növekedésével a gőznyomás nő, és a buborékok mérete nő. A felhajtóerő hatására felúsznak. Ha a folyadék felső rétegei alacsonyabb hőmérsékletűek, akkor a gőz ezekben a rétegekben kondenzálódik a buborékokban. A nyomás gyorsan csökken, és a buborékok összeomlanak. Az összeomlás olyan gyors, hogy a buborék falai összeütközve valami robbanásszerűséget produkálnak. Sok ilyen mikrorobbanás jellegzetes zajt kelt. Amikor a folyadék eléggé felmelegszik, a buborékok abbahagyják az összeesést, és a felszínre úsznak. A folyadék felforr. Óvatosan nézze meg a vízforralót a tűzhelyen. Látni fogja, hogy felforralás előtt szinte abbahagyja a zajt.
A telítési gőznyomás hőmérséklettől való függése megmagyarázza, hogy a folyadék forráspontja miért függ a felületén uralkodó nyomástól. Gőzbuborék akkor nőhet, ha a benne lévő telített gőz nyomása kissé meghaladja a folyadékban lévő nyomást, ami a folyadék felszínén uralkodó légnyomás (külső nyomás) és a folyadékoszlop hidrosztatikai nyomásának összege.
Figyeljünk arra, hogy a folyadék párolgása a forráspontnál alacsonyabb hőmérsékleten, és csak a folyadék felszínéről történik, forrás közben a gőzképződés a folyadék teljes térfogatában megy végbe.
A forralás olyan hőmérsékleten kezdődik, amelyen a buborékokban lévő telített gőz nyomása megegyezik a folyadék nyomásával.
Minél nagyobb a külső nyomás, annál magasabb a forráspont. Tehát egy gőzkazánban 1,6 10 6 Pa nyomáson a víz még 200 °C hőmérsékleten sem forr fel. Egészségügyi intézményekben hermetikusan lezárt edényekben - autoklávokban ( ábra.11.2) a víz emelt nyomáson is felforr. Ezért a folyadék forráspontja jóval magasabb, mint 100 °C. Az autoklávokat sebészeti műszerek sterilizálására használják, stb.
És fordítva, csökkentve a külső nyomást, ezáltal csökkentjük a forráspontot. A levegő és a vízgőz kiszivattyúzásával a lombikból a vizet szobahőmérsékleten forralhatja ( ábra.11.3). Ahogy felmászik a hegyekre, a légköri nyomás csökken, így a forráspont is csökken. 7134 m magasságban (Lenin-csúcs a Pamírban) a nyomás körülbelül 4 10 4 Pa (300 Hgmm). A víz körülbelül 70 °C-on forr. Ilyen körülmények között lehetetlen húst sütni.
Minden folyadéknak megvan a saját forráspontja, amely a telített gőz nyomásától függ. Minél nagyobb a telített gőz nyomása, annál alacsonyabb a folyadék forráspontja, mivel alacsonyabb hőmérsékleten a telített gőz nyomása megegyezik a légköri nyomással. Például 100 °C-os forrásponton a telített vízgőz nyomása 101 325 Pa (760 Hgmm), a higanygőzé pedig csak 117 Pa (0,88 Hgmm). A higany normál nyomáson 357 °C-on forr.
A folyadék felforr, amikor a telített gőznyomása megegyezik a folyadék belsejében lévő nyomással.
Mivel a telített gőz az összetételében homogén, de fázisfrakciókban eltérő anyag termodinamikai egyensúlyi rendszerének egyik komponense, az egyes fizikai tényezők által keltett nyomás nagyságára gyakorolt hatásának megértése lehetővé teszi ezen ismeretek felhasználását gyakorlati tevékenységek, például egyes folyadékok kiégési arányának meghatározása tűz esetén stb.
Telített gőznyomás a hőmérséklet függvényében
A telítési gőznyomás a hőmérséklet emelkedésével nő. Ebben az esetben az értékek változása nem egyenesen arányos, hanem sokkal gyorsabban megy végbe. Ez annak köszönhető, hogy a hőmérséklet emelkedésével a molekulák egymáshoz viszonyított mozgása felgyorsul, és könnyebben leküzdik a kölcsönös vonzási erőket, és átmennek egy másik fázisba, pl. a folyékony halmazállapotú molekulák száma csökken, gázhalmazállapotban pedig addig növekszik, amíg az egész folyadék gőzzé nem változik. Ez a növekvő nyomás hatására a fedő felemelkedik az edényben, vagy amikor a víz forrni kezd.
A telített gőznyomás függése más tényezőktől
A telített gőznyomás mértékét a gázhalmazállapotba került molekulák száma is befolyásolja, mivel ezek száma határozza meg a keletkező gőz tömegét egy zárt edényben. Ez az érték nem állandó, mivel az edény alja és az azt lezáró fedél közötti hőmérséklet-különbség mellett két egymással ellentétes folyamat folyamatosan zajlik - a párolgás és a kondenzáció.
Mivel egy bizonyos hőmérsékleten minden egyes anyagra ismertek bizonyos számú molekula átmenetének mutatói az anyag állapotának egyik fázisából a másikba, lehetséges a telítési gőznyomás megváltoztatása az edény térfogatának változtatásával. Tehát ugyanaz a vízmennyiség, például 0,5 liter, különböző nyomásokat hoz létre egy ötliteres kannában és egy vízforralóban.
A telítési gőznyomás referenciaértékének meghatározásához állandó térfogat és fokozatos hőmérséklet-növekedés mellett magának a folyadéknak a molekulaszerkezete a meghatározó, amelyet melegítenek. Tehát az aceton, az alkohol és a közönséges víz mutatói jelentősen eltérnek egymástól.
A folyadék forrási folyamatának megtekintéséhez nemcsak a telített gőz nyomását kell bizonyos határértékekre hozni, hanem ezt az értéket a külső légköri nyomással is korrelálni, mivel a forrás csak akkor lehetséges, ha a külső nyomás nagyobb, mint a nyomás az edényben.