Forró. Telített gőznyomás a hőmérséklet függvényében

A párolgási és kondenzációs folyamatok folyamatosak és párhuzamosak egymással.

Nyitott edényben a folyadék mennyisége idővel csökken, mert. a párolgás érvényesül a kondenzációval szemben.

Azt a gőzt, amely a folyadék felszíne felett van, amikor a párolgás felülmúlja a kondenzációt, vagy gőzt folyadék hiányában ún. telítetlen.

Hermetikusan zárt edényben a folyadék szintje idővel nem változik, mert a párolgás és a kondenzáció kompenzálja egymást: hány molekula repül ki a folyadékból, ahányan egyidőben térnek vissza oda, dinamikus (mobil) egyensúly jön létre a gőz és folyadéka között.

A folyadékkal dinamikus egyensúlyban lévő gőzt nevezzük telített.

Egy adott hőmérsékleten bármely folyadék telített gőzének a legnagyobb a sűrűsége ( ) és maximális nyomást hoz létre ( ), amelyet az adott folyadék gőze ezen a hőmérsékleten tartalmazhat.

A telített gőz nyomása és sűrűsége azonos hőmérsékleten az anyag típusától függ: nagyobb nyomás hatására a folyadék telített gőze képződik, amely gyorsabban elpárolog. Például, és

A telítetlen gőzök tulajdonságai: A telítetlen gőzök Boyle - Mariotte, Gay-Lussac, Charles gáztörvényeinek engedelmeskednek, és az ideális gáz állapotegyenlete alkalmazható rájuk.

Telített gőz tulajdonságai:1. Állandó térfogat mellett a hőmérséklet növekedésével a telített gőz nyomása nő, de nem egyenes arányban (Károly törvénye nem teljesül), a nyomás gyorsabban nő, mint az ideális gázé. , növekvő hőmérséklettel ( ) , a gőz tömege növekszik, és ezért a gőzmolekulák koncentrációja nő () és a telített gőz nyomása két okból megolvad (

3 1 – telítetlen gőz (ideális gáz);

2 2 - telített gőz; 3 - telítetlen gőz,

1 telített gőzből nyert ugyanabban

térfogata melegítéskor.

2. A telített gőz nyomása állandó hőmérsékleten nem függ az általa elfoglalt térfogattól.

A térfogat növekedésével a gőz tömege nő, és a folyadék tömege csökken (a folyadék egy része gőzzé alakul), a gőz térfogatának csökkenésével csökken, és a folyadék nagyobb lesz (rész A gőzből folyadékba megy át), a telített gőzmolekulák sűrűsége és koncentrációja állandó marad, ezért a nyomás állandó marad ().

folyékony

(ült. gőz + folyadék)

Telítetlen gőz

A telített gőzök nem engedelmeskednek Boyle - Mariotte, Gay-Lussac, Charles gáztörvényeinek, mert a folyamatokban a gőz tömege nem marad állandó, és minden gáztörvény állandó tömegre vonatkozik. Az ideális gáz állapotegyenlete alkalmazható telített gőzre.

Így, A telített gőz telítetlen gőzzé alakítható vagy állandó térfogatú hevítéssel, vagy állandó hőmérsékleten a térfogatának növelésével. A telítetlen gőz telített gőzzé alakítható vagy állandó térfogatú hűtéssel, vagy állandó hőmérsékleten történő összenyomásával.

Kritikus szituáció

A szabad felület jelenléte a folyadékban lehetővé teszi annak jelzését, hogy hol található az anyag folyékony fázisa, és hol a gáznemű. A folyadék és gőze közötti éles különbséget az magyarázza, hogy a folyadék sűrűsége sokszorosa a gőzének. Ha egy folyadékot hermetikusan lezárt edényben hevítünk, akkor a tágulás következtében a sűrűsége csökken, a felette lévő gőz sűrűsége pedig nő. Ez azt jelenti, hogy a folyadék és a telített gőze közötti különbség kisimul, és kellően magas hőmérsékleten teljesen eltűnik. Azt a hőmérsékletet, amelyen a folyadék és telített gőze közötti fizikai tulajdonságok különbségei eltűnnek, és a sűrűségük azonos lesz, az ún.kritikus hőmérséklet.

Kritikus pont

Gázból folyadék képzéséhez a molekulák átlagos vonzási energiájának meg kell haladnia az átlagos kinetikus energiájukat.

Kritikus hőmérséklet – Az a maximális hőmérséklet, amelyen a gőz folyadékká alakul. A kritikus hőmérséklet a molekuláris kölcsönhatás potenciális energiájától függ, ezért különböző gázoknál eltérő. A vízmolekulák erős kölcsönhatása miatt a vízgőz még hőmérsékleten is vízzé alakítható. Ugyanakkor a nitrogén cseppfolyósítása csak = -147˚ alatti hőmérsékleten megy végbe, mert a nitrogénmolekulák gyengén lépnek kölcsönhatásba egymással.

Egy másik makroszkopikus paraméter, amely befolyásolja a gőz-folyadék átmenetet, a nyomás. A gázsűrítés során a külső nyomás növekedésével csökken a részecskék közötti átlagos távolság, nő a köztük lévő vonzási erő, és ennek megfelelően kölcsönhatásuk átlagos potenciális energiája.

Nyomástelített gőzt a kritikus hőmérsékletén ún kritikai. Ez egy adott anyag lehetséges legmagasabb telítési gőznyomása.

Halmazállapot kritikus paraméterekkel ún kritikai(kritikus pont) . Minden anyagnak megvan a maga kritikus hőmérséklete és nyomása.

Kritikus állapotban a folyadék fajlagos párolgáshője és felületi feszültségi együtthatója eltűnik. Kritikus feletti hőmérsékleten még nagyon magas nyomáson is lehetetlen a gáz folyadékká átalakulása; a kritikus hőmérséklet felett a folyadék nem létezhet. Szuperkritikus hőmérsékleten csak az anyag gőzállapota lehetséges.

A gázok cseppfolyósítása csak a kritikus hőmérséklet alatti hőmérsékleten lehetséges. A cseppfolyósításhoz a gázokat kritikus hőmérsékletre hűtik, például adiabatikus expanzióval, majd izotermikusan összenyomják.

Forró

Külsőleg a jelenség így néz ki: a folyadék teljes térfogatából gyorsan növekvő buborékok emelkednek a felszínre, felrobbannak, és a gőz a környezetbe kerül.

Az MKT így magyarázza a forralást: a folyadékban mindig vannak légbuborékok, amelyekben a folyadékból párolog. A buborékok zárt térfogata nemcsak levegővel, hanem telített gőzzel is meg van töltve. A bennük lévő telített gőz nyomása a folyadék felmelegedésekor gyorsabban növekszik, mint a légnyomás. Amikor egy kellően felmelegített folyadékban a buborékokban a telített gőz nyomása nagyobb lesz, mint a külső nyomás, térfogatuk megnő, és a gravitációjukat meghaladó felhajtóerő a felszínre emeli a buborékokat. A lebegő buborékok akkor kezdenek kipukkadni, amikor egy bizonyos hőmérsékleten a bennük lévő telített gőz nyomása meghaladja a folyadék feletti nyomást. A folyadéknak azt a hőmérsékletét, amelyen a buborékokban lévő telített gőzének nyomása egyenlő vagy nagyobb, mint a folyadék külső nyomása, az ún. forráspont.

A különböző folyadékok forráspontja eltérő, mert a buborékaikban lévő telített gőz nyomását ugyanazzal a külső nyomással hasonlítják össze különböző hőmérsékleteken. Például a buborékokban a telítési gőznyomás megegyezik a normál légköri nyomással 100 °C-on víznél, 357 °C-on a higanynál, 78 °C-on az alkoholnál, 35 °C-on az éternél.

A forráspont állandó marad a forrás közben, mert a felmelegített folyadékhoz juttatott összes hőt elpárologtatásra fordítják.

A forráspont a folyadékra nehezedő külső nyomástól függ: a nyomás növekedésével a hőmérséklet emelkedik; a nyomás csökkenésével a hőmérséklet csökken. Például 5 km-es tengerszint feletti magasságban, ahol a nyomás kétszer alacsonyabb, mint a légköri nyomás, a víz forráspontja 83 ° C, a gőzgépek kazánjaiban, ahol a gőznyomás 15 atm. (), a víz hőmérséklete körülbelül 200˚С.

A levegő páratartalma

A levegőben mindig van vízgőz, így beszélhetünk levegő páratartalmáról, amelyet a következő értékek jellemeznek:

1.Abszolút nedvesség a levegőben lévő vízgőz sűrűsége (vagy a gőz által létrehozott nyomás ( .

Az abszolút páratartalom nem ad képet a levegő vízgőzzel való telítettségének mértékéről. Ugyanaz a vízgőz különböző hőmérsékleteken eltérő páraérzetet kelt.

2.Relatív páratartalom egy adott hőmérsékleten a levegőben lévő vízgőz sűrűségének (nyomásának) és az azonos hőmérsékletű telített gőz sűrűségének (nyomásának) aránya : vagy

az abszolút páratartalom adott hőmérsékleten; - sűrűség, telített gőznyomás azonos hőmérsékleten. A telített vízgőz sűrűsége és nyomása bármely hőmérsékleten megtalálható a táblázatban. A táblázat azt mutatja, hogy minél magasabb a levegő hőmérséklete, annál nagyobbnak kell lennie a levegőben lévő vízgőz sűrűségének és nyomásának, hogy az telítődjön.

A relatív páratartalom ismeretében érthető, hogy adott hőmérsékleten a levegőben lévő vízgőz hány százaléka messze van a telítettségtől. Ha a levegőben lévő gőz telített, akkor . Ha egy , akkor nincs elég gőz a levegőben a telítettségi állapothoz.

Azt a tényt, hogy a levegőben lévő gőz telítetté válik, a nedvesség köd, harmat formájában való megjelenése alapján ítélik meg. Azt a hőmérsékletet, amelyen a levegőben lévő vízgőz telítődik, ún Harmatpont.

A levegőben lévő gőz telítetté tehető a folyadék további elpárolgása miatti gőz hozzáadásával a levegő hőmérsékletének megváltoztatása nélkül, vagy a hőmérséklet csökkentésével a levegőben lévő gőz mennyiségével.

Az ember számára legkedvezőbb normál relatív páratartalom 40-60%. Nagy jelentőséggel bír a páratartalom ismerete a meteorológiában az időjárás előrejelzéshez. A szövés, édességgyártás során bizonyos páratartalom szükséges a folyamat normál lefolyásához. A műalkotások és könyvek tárolása megköveteli a páratartalom megfelelő szinten tartását.

Nedvességmérő műszerek:

1. Kondenzációs higrométer (lehetővé teszi a harmatpont meghatározását).

2. A haj higrométere (a zsírmentes haj hossza és a páratartalom alapján) a relatív páratartalmat százalékban méri.

3. A pszichrométer két száraz és nedves hőmérőből áll. A nedves izzót vízbe mártott kendőbe csomagoljuk. A szövetből történő párolgás miatt a nedvesített hőmérséklet alacsonyabb, mint a szárazé. A hőmérő leolvasási különbsége a környező levegő páratartalmától függ: minél szárazabb a levegő, minél intenzívebb a párolgás az anyagból, annál nagyobb a hőmérő leolvasási különbsége és fordítva. Ha a levegő páratartalma 100%, akkor a hőmérők leolvasása megegyezik, pl. a leolvasások különbsége 0. A páratartalom pszichrométerrel történő meghatározásához pszichrometriai táblázatot használnak.

Olvadás és kristályosodás

Amikor megolvad szilárd testnél a kristályrácsot alkotó részecskék közötti távolság megnő, és maga a rács megsemmisül. Az olvasztási folyamat energiát igényel. Ha egy szilárd testet felmelegítünk, megnő a rezgő molekulák kinetikus energiája, és ennek megfelelően oszcillációik amplitúdója. Egy bizonyos hőmérsékleten, ún olvadáspont, a kristályokban a részecskék elrendeződésének rendje megbomlik, a kristályok elvesztik alakjukat. Egy anyag megolvad, szilárd halmazállapotból folyékony halmazállapotba változik.

A kristályosodás során a kristályrácsot alkotó molekulák konvergenciája van. A kristályosodás csak akkor következhet be, ha a folyadék energiát bocsát ki. Ha az olvadt anyagot lehűtik, az átlagos kinetikus energia és a molekulák sebessége csökken. A vonzó erők képesek a részecskéket az egyensúlyi helyzet közelében tartani. Egy bizonyos hőmérsékleten, ún megszilárdulási (kristályosodási) hőmérséklet, minden molekula stabil egyensúlyi helyzetben van, elrendeződésük rendezett lesz - kristály keletkezik.

A szilárd anyag olvadása ugyanazon a hőmérsékleten megy végbe, amelyen az anyag megszilárdul.

Minden anyagnak megvan a maga olvadáspontja. Például a hélium olvadáspontja –269,6˚С, a higanyé -38,9˚С, a rézé 1083˚С.

Az olvasztási folyamat során a hőmérséklet állandó marad. A kívülről szolgáltatott hőmennyiség a kristályrács tönkremenetelére megy el.

A kikeményedés során, bár a hőt eltávolítják, a hőmérséklet nem változik. A kristályosodás során felszabaduló energiát az állandó hőmérséklet fenntartására használják fel.

Amíg az összes anyag meg nem olvad vagy az összes anyag megszilárdul, azaz. amíg egy anyag szilárd és folyékony fázisa együtt létezik, a hőmérséklet nem változik.

TV+folyadék folyadék + tv

, hol van a hőmennyiség, - az anyag kristályosodása során felszabaduló anyag megolvasztásához szükséges hőmennyiség tömegszázalékban

- fajlagos olvadási hő– 1 kg anyag olvadáspontján történő megolvasztásához szükséges hőmennyiség.

Mekkora hőmennyiség költ el egy bizonyos tömegű anyag megolvasztásakor, ugyanannyi hő szabadul fel ennek a tömegnek a kristályosodása során.

Más néven fajlagos kristályosodási hő.

Az olvadásponton a folyékony halmazállapotú anyag belső energiája nagyobb, mint az azonos tömegű anyag belső energiája szilárd állapotban.

Számos anyag esetében az olvadás során a térfogat növekszik, és a sűrűség csökken. Keményedéskor éppen ellenkezőleg, a térfogat csökken, és a sűrűség nő. Például a szilárd naftalin kristályok elsüllyednek a folyékony naftalinban.

Egyes anyagok, például a bizmut, jég, gallium, öntöttvas stb., olvadáskor zsugorodnak, megszilárdulva pedig kitágulnak. Ezeket az általános szabálytól való eltéréseket a kristályrácsok szerkezetének sajátosságai magyarázzák. Ezért a víz sűrűbb, mint a jég, a jég lebeg a vízben. A víz tágulása a fagyás során a kőzetek pusztulásához vezet.

A fémek térfogatának változása az olvasztás és a megszilárdulás során elengedhetetlen az öntödei üzletágban.

A tapasztalat azt mutatja a szilárd anyagra gyakorolt ​​külső nyomás változása az adott anyag olvadáspontjában tükröződik. Azoknál az anyagoknál, amelyek olvadás közben kitágulnak, a külső nyomás növekedése az olvadáspont növekedéséhez vezet, mert. akadályozza az olvadás folyamatát. Ha az anyagokat az olvasztás során összenyomják, akkor számukra a külső nyomás növekedése az olvadási hőmérséklet csökkenéséhez vezet, mert segíti az olvadás folyamatát. Csak nagyon nagy nyomásnövekedés változtatja észrevehetően az olvadáspontot. Például a jég olvadáspontjának 1°C-kal történő csökkentéséhez a nyomást 130 atm-rel kell növelni. Egy anyag olvadáspontját normál légköri nyomáson ún az anyag olvadáspontja.

Ebben a leckében egy kissé specifikus gáz-telített gőz tulajdonságait elemezzük. Meghatározzuk ezt a gázt, rámutatunk arra, hogy miben különbözik alapvetően az általunk korábban vizsgált ideális gázoktól, pontosabban miben tér el egy telített gáz nyomásának függése. Ebben a leckében egy olyan folyamatot is megvizsgálunk és ismertetünk, mint a forralás.

A telített gőz és az ideális gáz közötti különbségek megértéséhez két kísérletet kell elképzelni.

Először vegyünk egy hermetikusan lezárt edényt vízzel, és kezdjük el melegíteni. A hőmérséklet emelkedésével a folyadék molekulái egyre nagyobb mozgási energiával bírnak, és egyre több molekula tud majd kiszabadulni a folyadékból (lásd 2. ábra), ezért nő a gőzkoncentráció, és ennek következtében a folyadék mennyisége is. nyomás. Tehát az első pozíció:

A telített gőznyomás a hőmérséklettől függ

Rizs. 2.

Ez a rendelkezés azonban meglehetősen várható, és nem olyan érdekes, mint a következő. Ha egy folyadékot telített gőzével egy mozgatható dugattyú alá helyez, és elkezdi leengedni ezt a dugattyút, akkor kétségtelenül a telített gőz koncentrációja nő a térfogat csökkenése miatt. Egy idő után azonban a gőz a folyadékkal együtt egy új dinamikus egyensúlyba kerül a felesleges gőz lecsapódásával, és a nyomás végül nem változik. A telített gőz elméletének második álláspontja:

A telített gőznyomás nem függ a térfogattól

Nos, meg kell jegyezni, hogy a telített gőznyomás, bár függ a hőmérséklettől, mint egy ideális gáz, de ennek a függőségnek a természete némileg eltérő. A helyzet az, hogy az MKT alapegyenletéből tudjuk, hogy a gáznyomás mind a hőmérséklettől, mind a gázkoncentrációtól függ. Ezért a telített gőz nyomása nem lineárisan függ a hőmérséklettől, amíg a gőzkoncentráció meg nem nő, vagyis amíg az összes folyadék el nem párolog. Az alábbi grafikon (3. ábra) a telített gőznyomás hőmérséklettől való függésének természetét mutatja,

Rizs. 3

ráadásul a nemlineáris szakaszról a lineárisra való átmenet csak a teljes folyadék párolgási pontját jelenti. Mivel a telített gáz nyomása csak a hőmérséklettől függ, teljesen egyértelműen meg lehet határozni, hogy adott hőmérsékleten mekkora lesz a telített gőz nyomása. Ezeket az arányokat (valamint a telített gőz sűrűségének értékeit) egy speciális táblázat tartalmazza.

Fordítsuk most figyelmünket egy olyan fontos fizikai folyamatra, mint a forralás. A nyolcadik osztályban a forralást már a párolgásnál intenzívebb párologtatási folyamatként határozták meg. Most ezt a fogalmat egy kicsit kibővítjük.

Meghatározás. Forró- a folyadék teljes térfogatában végbemenő párolgási folyamat. Mi a forralási mechanizmus? Az a tény, hogy a vízben mindig van oldott levegő, és a hőmérséklet emelkedése következtében az oldhatósága csökken, mikrobuborékok képződnek. Mivel az edény alja és falai nem tökéletesen simaak, ezek a buborékok az edény belsejében lévő egyenetlenségekhez tapadnak. A víz-levegő szakasz már nemcsak a víz felszínén, hanem a víz térfogatán belül is létezik, és a vízmolekulák elkezdenek átjutni a buborékokba. Így telített gőz jelenik meg a buborékok belsejében. Ezen túlmenően ezek a buborékok elkezdenek lebegni, egyre nagyobb mennyiségben és több vízmolekulát vesznek magukba, majd felrobbannak a felszínen, és telített gőzt bocsátanak ki a környezetbe (4. ábra).

Rizs. 4. Forrás folyamata ()

E buborékok képződésének és felemelkedésének feltétele a következő egyenlőtlenség: a telített gőznyomásnak nagyobbnak vagy egyenlőnek kell lennie a légköri nyomásnál.

Így, mivel a telített gőz nyomása a hőmérséklettől függ, a forráspontot a környezet nyomása határozza meg: minél alacsonyabb, annál alacsonyabb hőmérsékleten forr a folyadék, és fordítva.

A következő leckében elkezdjük megvizsgálni a merev testek tulajdonságait.

Bibliográfia

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

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

Házi feladat

1. oldal 74: No. 546-550. Fizika. Feladatfüzet. 10-11 évfolyam. Rymkevich A.P. - M.: Túzok, 2013. ()
2. Miért nem tudnak a hegymászók a magasságban tojást főzni?
3. Milyen módszerekkel hűtheti le a forró teát? Indokolja meg őket fizika szempontjából!
4. Miért kell csökkenteni a gáznyomást az égőben forrásvíz után?
5. * Hogyan melegíthető fel a víz száz Celsius-fok fölé?

>>Fizika: A telített gőz nyomásának hőmérséklettől való függése. Forró

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).
. 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 ezekben a rétegekben a pára lecsapódik 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.

???
1. Miért nő a forráspont a nyomás növekedésével?
2. Miért elengedhetetlen a forralásnál a buborékokban lévő telített gőz nyomásának növelése, és nem a bennük lévő levegő nyomásának növelése?
3. Hogyan lehet folyadékot felforralni az edény lehűtésével? (Ez egy trükkös kérdés.)

G. Ya. Myakishev, B. B. Buhovcev, N. N. Szockij, fizika 10. osztály

Az óra tartalma óra összefoglalója támogatási keret óra bemutató gyorsító módszerek interaktív technológiák Gyakorlat feladatok és gyakorlatok önvizsgálat műhelyek, tréningek, esetek, küldetések házi feladat megbeszélés kérdések szónoki kérdések a tanulóktól Illusztrációk audio, videoklippek és multimédia fényképek, képek grafika, táblázatok, sémák humor, anekdoták, viccek, képregények példázatok, mondások, keresztrejtvények, idézetek Kiegészítők absztraktokat cikkek chipek érdeklődő bölcsők tankönyvek alapvető és kiegészítő szószedet egyéb Tankönyvek és leckék javításaa tankönyv hibáinak javítása egy töredék frissítése a tankönyvben az innováció elemei a leckében az elavult ismeretek újakkal való helyettesítése Csak tanároknak tökéletes leckék naptári terv évre a vitaprogram módszertani ajánlásai Integrált leckék

Ha javításai vagy javaslatai vannak ehhez a leckéhez,

És mi lesz a telített gőzzel, ha az általa elfoglalt mennyiség csökken? Például, ha egy hengerben egyensúlyban lévő gőzt egy dugattyú alatt összenyom egy folyadékkal, miközben a henger tartalmának hőmérsékletét állandó szinten tartja.

Amikor a gőz összenyomódik, az egyensúly elkezd felborulni. A gőzsűrűség az első pillanatban kissé megnő, és több molekula kezd gázból folyadékba átjutni, mint folyadékból gázba. Hiszen az egységnyi idő alatt a folyadékot elhagyó molekulák száma csak a hőmérséklettől függ, és a gőz összenyomása nem változtat ezen a számon. A folyamat mindaddig folytatódik, amíg a dinamikus egyensúly és a gőzsűrűség újra létre nem jön, így molekuláinak koncentrációja nem veszi fel ugyanazt az értéket. Ebből adódóan, a telített gőzmolekulák koncentrációja állandó hőmérsékleten nem függ a térfogatától.

Mivel a nyomás arányos a molekulák koncentrációjával (p = nkT), akkor ebből a meghatározásból az következik telítési gőznyomás függetlenotonna térfogatot foglal el.

Gőznyomás, amelynél a folyadék egyensúlyban van a gőzével, telítési gőznyomásnak nevezzük.

• telítetlen gőz.

Sokszor használtuk a szavakat gázés gőz. Nincs alapvető különbség a gáz és a gőz között. De ha egy gázt állandó hőmérsékleten egyszerű összenyomással folyadékká lehet alakítani, akkor ezt gőznek, pontosabban gőznek nevezzük. telítetlen gőz.

• A telített gőz nyomásának függése a hőmérséklettől.

A telített gőz állapotát a tapasztalatok szerint megközelítőleg az ideális gáz állapotegyenlete írja le, nyomását pedig a képlet határozza meg.

A hőmérséklet emelkedésével a nyomás emelkedik. Mint d nyomás telítetta gőz nem a hangerőtől függ,csak attól függhőmérséklettől.

Ez a függőség azonban száj), kísérletileg talált, nem egyenesen arányos, mint egy állandó térfogatú ideális gáznál. A hőmérséklet emelkedésével a telített gőz nyomása gyorsabban növekszik, mint az ideális gázé (30. ábra, a görbe metszete) AB). Ez különösen akkor válik nyilvánvalóvá, ha a ponton keresztül egy izokort rajzolunk DE(szaggatott vonal) Miért történik ez?

Ez a függőség azonban p(T), kísérletileg talált, nem egyenesen arányos, mint egy állandó térfogatú ideális gáznál. A hőmérséklet emelkedésével a telített gőz nyomása gyorsabb, mint az ideális gázé (30. ábra) Miért történik ez?

Amikor egy folyadékot zárt edényben hevítenek, a folyadék egy része gőzzé alakul. Ennek eredményeként a képlet szerint
nyomás telített gőz növekszik nemcsak hőmérséklet-emelkedés miatt folyékony, hanem a növekedés miatt is molekulák koncentrációja (tutaj ness) pár . 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. Amikor az összes folyadék elpárolog, a gőz további melegítés hatására megszűnik telítődni, és nyomása állandó térfogaton az abszolút hőmérséklettel egyenes arányban nő (lásd 30. ábra, metszet). VS).

Az olajat és az olajtermékeket egy bizonyos telített gőznyomás vagy olajgőznyomás jellemzi. A telített gőznyomás a repülőgép- és motorbenzinek normalizált mutatója, amely közvetve jellemzi az üzemanyag illékonyságát, kiindulási tulajdonságait és a gőzzárak kialakulásának hajlamát a motor táprendszerében.

Heterogén összetételű folyadékok, például benzinek esetében a telítési gőznyomás egy adott hőmérsékleten a benzin összetételének összetett függvénye, és attól függ, hogy mekkora térben van a gőzfázis. Ezért ahhoz, hogy összehasonlítható eredményeket kapjunk, a gyakorlati meghatározásokat szabványos hőmérsékleten és a gőz- és folyadékfázis állandó arányában kell elvégezni. A fentiekre tekintettel telített gőznyomás Tüzelőanyagnak nevezzük az üzemanyag gőzfázisának nyomását, amely dinamikus egyensúlyban van a folyékony fázissal, szabványos hőmérsékleten és a gőz- és folyadékfázis térfogatának bizonyos arányában mérve. Azt a hőmérsékletet, amelyen a telített gőznyomás egyenlővé válik a rendszer nyomásával, az anyag forráspontjának nevezzük. A telített gőz nyomása a hőmérséklet emelkedésével meredeken növekszik. Ugyanezen a hőmérsékleten a könnyebb olajtermékeket magasabb telített gőznyomás jellemzi.

Jelenleg többféle módon lehet meghatározni az anyagok DNP-jét, amelyek a következő csoportokra oszthatók:

1. statikus módszer.
2. dinamikus módszer.
3. Mozgógáz-telítési módszer.
4. Módszer az izotermák tanulmányozására.
5. Knudsen effúziós módszer.
6. kromatográfiás módszer.

Statikus módszer

Statikus módszer a leggyakoribb, mert elfogadható, ha az anyagok DNP-jét széles hőmérséklet- és nyomástartományban mérik. A módszer lényege, hogy egy bizonyos hőmérsékleten a folyadékával egyensúlyban lévő gőz nyomását mérjük. A nyomás mérése történhet manométerekkel (rugó, higany, önsúly, víz), vagy speciális érzékelők (nyúlásmérő, elektromos stb.) segítségével, amelyek lehetővé teszik a nyomásra való átszámítást, vagy számítással, amikor az anyag mennyisége egy bizonyos kötet ismert. A legszélesebb körben alkalmazott módszer különféle nyomásmérőkkel, az úgynevezett direkt statikus módszer. Ebben az esetben a vizsgált anyagot piezométerbe (vagy bármilyen tartályba) öntik, egy termosztátba helyezik, amely lehetővé teszi egy bizonyos hőmérséklet fenntartását, és nyomásmérővel méri a DNP-t. Ezenkívül a nyomásmérő csatlakoztatása mind folyadékfázisban, mind gázfázisban elvégezhető. A folyadékfázisban lévő manométer csatlakoztatásakor figyelembe kell venni a hidrosztatikus folyadékoszlop korrekcióját. A mérőeszköz csatlakoztatása általában egy szeparátoron keresztül történik, amelyet higanyzárként, membránként, fújtatóként stb.

A direkt statikus módszer alapján számos kísérleti elrendezést hoztak létre a kőolajtermékek DNP vizsgálatára.

Az olajfinomításban egyszerűsége miatt a szabvány Reid bombamódszere(GOST 1756-2000). A bomba két kamrából áll: 1:4 térfogatarányú üzemanyag 1 és levegő 2, amelyeket egy menet köt össze. A vizsgált üzemanyag gőzei által létrehozott nyomást a légkamra tetejére erősített nyomásmérő 3 rögzíti. A vizsgálatot 38,8°C hőmérsékleten és 0,1 MPa nyomáson, speciális hőmérséklet-szabályozott fürdővel végezzük.

A tesztfolyadék telített gőznyomását a következő képlet határozza meg:

A Reid bomba gőznyomásának meghatározása hozzávetőleges eredményeket ad, amelyek csak a motor-üzemanyagok minőségének összehasonlító értékelésére szolgálnak.

A készülék előnyei közé tartozik a tervezés és a kísérletezés egyszerűsége, a hátránya a folyadék- és gőzfázis állandó aránya, valamint a módszer durvasága (a benzin DNP-jének meghatározásánál a hiba eléri a 15-20%-ot).

A DNP statikus módszerrel történő mérésére pontosabb lehetőség a Sorrel-NATI módszer. Ez a módszer használható a telített gőznyomás abszolút értékeinek meghatározására még negatív hőmérsékleten is. Ennek a módszernek az az előnye, hogy képes mérni a DNP-t a folyadék- és gőzfázis különböző arányaiban, valamint az anyagban oldott levegő és gázok jelenlétében vagy hiányában. A hátrányok közé tartozik a bonyolultság, a csak speciális laboratóriumokban való alkalmazhatóság, valamint a DNP mérésének viszonylag nagy hibája (akár 5%).

A Reid bombával és a NATI módszerrel kapott adatok közötti eltérések 10-20%.

Dinamikus módszer

Dinamikus módszer folyadék forráspontjának mérésén alapul egy bizonyos nyomáson. A meglévő, dinamikus módszeren alapuló kísérleti elrendezések tervezésében ebulliométereket használnak. Ezek olyan eszközök, amelyek a hőmérő gőz-folyadék keverékkel való permetezésének elvén alapulnak. A dinamikus módszert a tiszta anyagok DNP-jének vizsgálatára fejlesztették ki, amelyeknél a forráspont fix érték, és nem a telített kőolajtermékek nyomásának mérésére szolgált, amelyek forráspontja a komponensek kiforrásakor változik. Ismeretes, hogy a szűk forráspontú olajfrakciók köztes helyet foglalnak el a tiszta anyagok és keverékek között. A dinamikus módszerrel végzett nyomásmérés tartománya általában kicsi - 0,15-0,2 MPa-ig. Ezért a közelmúltban kísérletek történtek a dinamikus módszer alkalmazására keskeny olajfrakciók DNP-jének tanulmányozására.

Mozgógáz-telítési módszer

Mozgógáz-telítési módszer akkor használatos, ha az anyag DNP-je nem haladja meg a néhány Hgmm-t. A módszer hátránya a kísérleti adatok viszonylag nagy hibája és a vizsgált anyag molekulatömegének ismerete. A módszer lényege a következő: inert gázt vezetnek át a folyadékon, és ez utóbbi gőzeivel telítik, majd belép a hűtőszekrénybe, ahol az elnyelt gőzök lecsapódnak. A gáz és az elnyelt folyadék mennyiségének, valamint molekulatömegének ismeretében kiszámítható a folyadék telített gőznyomása.

Módszer az izotermák tanulmányozására

Módszer az izotermák tanulmányozására a legpontosabb eredményt adja más módszerekkel összehasonlítva, különösen magas hőmérsékleten. Ez a módszer a nyomás és a telített gőz térfogata közötti összefüggés tanulmányozásából áll állandó hőmérsékleten. A telítési ponton az izotermának meg kell csavarodnia, és egyenes vonallá kell alakulnia. Úgy gondolják, hogy ez a módszer alkalmas tiszta anyagok DNP-jének mérésére, és nem alkalmas többkomponensű anyagokra, amelyeknél a forráspont meghatározatlan érték. Ezért nem kapott eloszlást a kőolajtermékek DNP mérésében.

Knudsen effúziós módszer

Knudsen effúziós módszer főként nagyon alacsony nyomások (100 Pa-ig) mérésére alkalmazható. Ez a módszer lehetővé teszi, hogy a kondenzátum mennyiségéből meghatározzuk a gőzkiáramlás sebességét, feltéve, hogy a kilépő anyag teljesen lecsapódik. Az ezen a módszeren alapuló berendezéseknek a következő hátrányai vannak: egyszeri mérőberendezések, és minden mérés után nyomáscsökkentést igényelnek, ami könnyen oxidáló és instabil anyagok jelenlétében gyakran a vizsgált anyag kémiai átalakulásához és a mérési eredmények torzulásához vezet. Olyan kísérleti elrendezést hoztak létre, amely nem rendelkezik ezekkel a hiányosságokkal, de a tervezés összetettsége lehetővé teszi, hogy csak speciálisan felszerelt laboratóriumokban használják. Ezt a módszert elsősorban a szilárd anyagok DNP-jének mérésére használják.

Knudsen effúziós módszer

A meghatározás kromatográfiás módszere A DNP-anyagokat viszonylag nemrég kezdték fejleszteni. Ennél a módszernél a kőolajtermékek DNP-jének meghatározása a folyadék teljes kromatográfiás elemzésén és a keverék összes komponense parciális nyomásának összegének kiszámításán alapul. Az egyes szénhidrogének és kőolajtermék-frakciók DNP-jének meghatározására szolgáló módszer a szerzők által a fiziko-kémiai retenciós indexről és a fázisspecifitás fogalmáról kidolgozott elképzeléseken alapul. Ehhez vagy nagy elválasztóképességű kapilláris kromatográfiás oszlopra, vagy a vizsgált vegyületek retenciós mutatóira vonatkozó irodalmi adatokra van szükség.

Az ilyen összetett szénhidrogén-keverékek, mint például a kőolajtermékek elemzése során azonban nem csak a különböző osztályokba tartozó szénhidrogének elválasztása, hanem e keverékek egyes komponenseinek azonosítása is nehézségekbe ütközik.

Telített gőznyomás átalakítás

A technológiai számításoknál gyakran szükség van a hőmérsékletek átszámítására egyik nyomásról a másikra vagy a hőmérséklet változásával járó nyomásra. Számos képlet létezik erre. Ashworth képlete kapta a legnagyobb alkalmazást:

A V. P. Antonchenkov által finomított Ashworth-képlet a következőképpen alakul:

A hőmérséklet és a nyomás újraszámításához kényelmes grafikus módszereket is használni.

A legelterjedtebb cselekmény a Cox-rajz, amely a következőképpen épül fel. Az abszcissza tengely egy logaritmikus skála, amelyen a nyomás logaritmusának értékei vannak ábrázolva ( lgP), azonban a könnyebb használat érdekében a megfelelő értékeket a skálán ábrázoljuk R. A hőmérsékleti értékek az y tengelyen vannak ábrázolva. Az abszcissza tengellyel 30°-os szöget bezáró egyenes vonalat a " index" jelöl. H 2 0”, amely a telített vízgőz nyomásának hőmérséklettől való függését jellemzi. Ha egy grafikont ábrázol az x tengely pontjaiból, állítsa vissza a metszéspontra merőlegeseket egy egyenessel H 2 0és a kapott pontokat átvisszük az y tengelyre. Az y tengelyen egy skálát kapunk, amely a víz forráspontjaira épül, és amely megfelel a telített gőzök különböző nyomásainak. Ezután több jól tanulmányozott szénhidrogén esetében egy sor pontot veszünk előre ismert forrásponttal és a hozzájuk tartozó telítési gőznyomással.

Kiderült, hogy a normál szerkezetű alkánok esetében az ezen koordináták szerint megszerkesztett gráfok olyan egyenesek, amelyek mind egy pontban (pólusban) konvergálnak. A jövőben elegendő bármely pontot venni a hőmérséklet - szénhidrogén telített gőznyomás koordinátájával, és csatlakoztatni a pólushoz, hogy megkapja a telített gőznyomás függését a szénhidrogén hőmérsékletétől.

Annak ellenére, hogy a grafikon egyes normál alkánokra készült, széles körben használják a szűk kőolajfrakciók technológiai számításaiban, ennek a frakciónak az átlagos forráspontját az y tengelyen ábrázolva.

A kőolajtermékek forráspontjának mélyvákuumról atmoszférikus nyomásra történő újraszámítására az UOP nomogramot használjuk, amely szerint a grafikon megfelelő skáláin lévő két ismert értéket egyenes vonallal összekötve a kívánt értéket kapjuk. a harmadik skála metszéspontjában kapott R vagy t. Az UOP nomogramot elsősorban a laboratóriumi gyakorlatban használják.

A keverékek és oldatok telített gőznyomása az egyes szénhidrogénekkel ellentétben nemcsak a hőmérséklettől, hanem a folyadék- és gőzfázis összetételétől is függ. A Raoult és Dalton törvényeinek megfelelő oldatok és keverékek esetén a keverék teljes telített gőznyomása a következő képletekkel számítható ki:

A nagy nyomások tartományában, mint ismeretes, a valódi gázok nem engedelmeskednek Raoult és Dalton törvényeinek. Ilyen esetekben a számítással vagy grafikus módszerekkel megállapított telített gőznyomást kritikus paraméterek, összenyomhatósági tényező és fugacitással finomítják.

Sűrűség