Fierbere. Presiunea vaporilor saturați în funcție de temperatură

Procesele de evaporare și condensare sunt continue și paralele între ele.

Într-un vas deschis, cantitatea de lichid scade în timp, deoarece. evaporarea prevalează asupra condensului.

Vaporii care se află deasupra suprafeței unui lichid atunci când evaporarea prevalează asupra condensului sau vapori în absența lichidului se numesc nesaturat.

Într-un vas închis ermetic, nivelul lichidului nu se modifică în timp, deoarece evaporarea și condensarea se compensează reciproc: câte molecule zboară din lichid, deoarece multe dintre ele revin la el în același timp, se produce un echilibru dinamic (mobil) între vapori și lichidul său.

Un vapor care se află în echilibru dinamic cu lichidul său se numește saturate.

La o anumită temperatură, vaporii saturati ai oricărui lichid au cea mai mare densitate ( ) și creează presiune maximă ( ) pe care vaporii acelui lichid îl pot avea la acea temperatură.

Presiunea și densitatea vaporilor saturați la aceeași temperatură depind de tipul de substanță: mai multă presiune creează vapori saturati ai lichidului care se evaporă mai repede. De exemplu, și

Proprietățile vaporilor nesaturați: Vaporii nesaturați respectă legile gazelor lui Boyle - Mariotte, Gay-Lussac, Charles și li se poate aplica ecuația de stare a gazului ideal.

Proprietățile vaporilor saturati:1. Cu volum constant, cu cresterea temperaturii, presiunea vaporilor saturati creste, dar nu direct proportional (legea lui Charles nu este indeplinita), presiunea creste mai repede decat cea a unui gaz ideal. , cu creșterea temperaturii ( ) , masa vaporilor crește și, prin urmare, crește concentrația de molecule de vapori () și presiunea vaporilor saturați se va topi din două motive (

3 1 – abur nesaturat (gaz ideal);

2 2 - abur saturat; 3 - abur nesaturat,

1 obtinut din abur saturat in acelasi

volum atunci când este încălzit.

2. Presiunea vaporilor saturați la o temperatură constantă nu depinde de volumul pe care îl ocupă.

Odată cu creșterea volumului, masa vaporilor crește, iar masa lichidului scade (o parte din lichid trece în vapori), cu o scădere a volumului vaporilor, acesta devine mai mic, iar lichidul devine mai mare (parte vaporilor trec în lichid), densitatea și concentrația moleculelor de vapori saturati rămân constante, prin urmare, iar presiunea rămâne constantă ().

lichid

(sat. abur + lichid)

Nesaturat aburi

Vaporii saturați nu respectă legile gazelor lui Boyle - Mariotte, Gay-Lussac, Charles, deoarece masa vaporilor din procese nu rămâne constantă, iar toate legile gazelor sunt obținute pentru o masă constantă. Ecuația de stare pentru un gaz ideal poate fi aplicată aburului saturat.

Asa de, Aburul saturat poate fi transformat în abur nesaturat fie prin încălzirea acestuia la un volum constant, fie prin creșterea volumului acestuia la o temperatură constantă. Aburul nesaturat poate fi transformat în abur saturat fie prin răcirea lui la un volum constant, fie prin comprimarea acestuia la o temperatură constantă.

Situatie critica

Prezența unei suprafețe libere într-un lichid face posibilă indicarea locului în care se află faza lichidă a substanței și unde este cea gazoasă. Diferența puternică dintre un lichid și vaporii acestuia se explică prin faptul că densitatea unui lichid este de multe ori mai mare decât cea a vaporilor. Dacă un lichid este încălzit într-un vas închis ermetic, atunci din cauza expansiunii, densitatea acestuia va scădea, iar densitatea vaporilor de deasupra acestuia va crește. Aceasta înseamnă că diferența dintre un lichid și vaporii săi saturati este netezită și dispare cu totul la o temperatură suficient de ridicată. Temperatura la care diferențele de proprietăți fizice dintre un lichid și vaporii săi saturati dispar și densitățile lor devin aceleași se numeștetemperatura critica.

Punct critic

Pentru formarea unui lichid dintr-un gaz, energia potențială medie de atracție a moleculelor trebuie să depășească energia lor cinetică medie.

Temperatura critica – Temperatura maximă la care un vapor se transformă în lichid. Temperatura critică depinde de energia potențială a interacțiunii moleculelor și, prin urmare, este diferită pentru diferite gaze. Datorită interacțiunii puternice a moleculelor de apă, vaporii de apă pot fi transformați în apă chiar și la o temperatură de . În același timp, lichefierea azotului are loc doar la o temperatură mai mică de = -147˚, deoarece moleculele de azot interacţionează slab unele cu altele.

Un alt parametru macroscopic care afectează tranziția vapori-lichid este presiunea. Odată cu creșterea presiunii externe în timpul comprimării gazului, distanța medie dintre particule scade, forța de atracție dintre ele crește și, în consecință, energia potențială medie a interacțiunii lor.

Presiunese numește abur saturat la temperatura sa critică critic. Aceasta este cea mai mare presiune a vaporilor de saturație posibilă a unei substanțe date.

Stare a materiei cu parametri critici se numește critic(punct critic) . Fiecare substanță are propria temperatură și presiune critică.

În stare critică, căldura specifică de vaporizare și coeficientul de tensiune superficială a lichidului dispar. La temperaturi peste critice, chiar și la presiuni foarte mari, transformarea unui gaz într-un lichid este imposibilă; peste temperatura critică, lichidul nu poate exista. La temperaturi supercritice, este posibilă doar starea de vapori a materiei.

Lichefierea gazelor este posibilă numai la temperaturi sub temperatura critică. Pentru lichefiere, gazele sunt răcite la o temperatură critică, de exemplu, prin expansiune adiabatică, și apoi comprimate izotermic.

Fierbere

În exterior, fenomenul arată astfel: din întregul volum al lichidului, bulele cu creștere rapidă ies la suprafață, ele izbucnesc la suprafață, iar vaporii sunt eliberați în mediu.

MKT explică fierberea astfel:în lichid există întotdeauna bule de aer, în care are loc evaporarea din lichid. Volumul închis al bulelor se dovedește a fi umplut nu numai cu aer, ci și cu abur saturat. Presiunea vaporilor saturați din ele atunci când lichidul este încălzit crește mai repede decât presiunea aerului. Când presiunea vaporilor saturați din bule dintr-un lichid suficient de încălzit devine mai mare decât presiunea externă, aceștia cresc în volum, iar forța de flotabilitate, care depășește gravitația lor, ridică bulele la suprafață. Bulele plutitoare încep să izbucnească atunci când, la o anumită temperatură, presiunea vaporilor saturați din ele depășește presiunea deasupra lichidului. Temperatura unui lichid la care presiunea vaporilor saturați din bule este egală sau mai mare decât presiunea exterioară asupra lichidului se numește Punct de fierbere.

Punctul de fierbere al diferitelor lichide este diferit, deoarece presiunea vaporilor saturați din bulele lor este comparată cu aceeași presiune externă la diferite temperaturi. De exemplu, presiunea de saturație a vaporilor din bule este egală cu presiunea atmosferică normală pentru apă la 100°C, pentru mercur la 357°C, pentru alcool la 78°C, pentru eter la 35°C.

Punctul de fierbere rămâne constant în timpul procesului de fierbere, deoarece toată căldura care este furnizată lichidului încălzit este cheltuită pentru vaporizare.

Punctul de fierbere depinde de presiunea exterioară asupra lichidului: odată cu creșterea presiunii, temperatura crește; pe măsură ce presiunea scade, temperatura scade. De exemplu, la o altitudine de 5 km deasupra nivelului mării, unde presiunea este de 2 ori mai mică decât presiunea atmosferică, punctul de fierbere al apei este de 83 ° C, în cazanele motoarelor cu abur, unde presiunea aburului este de 15 atm. (), temperatura apei este de aproximativ 200˚С.

Umiditatea aerului

În aer există întotdeauna vapori de apă, așa că putem vorbi despre umiditatea aerului, care se caracterizează prin următoarele valori:

1.Umiditate absolută este densitatea vaporilor de apă din aer (sau presiunea pe care o creează acești vapori ( .

Umiditatea absolută nu dă o idee despre gradul de saturație a aerului cu vapori de apă. Aceeași cantitate de vapori de apă la diferite temperaturi creează o senzație diferită de umiditate.

2.Umiditate relativă este raportul dintre densitatea (presiunea) vaporilor de apă conținuti în aer la o anumită temperatură și densitatea (presiunea) vaporilor saturați la aceeași temperatură : sau

este umiditatea absolută la o temperatură dată; - densitate, presiunea vaporilor saturați la aceeași temperatură. Densitatea și presiunea vaporilor de apă saturați la orice temperatură pot fi găsite în tabel. Tabelul arată că, cu cât temperatura aerului este mai mare, cu atât densitatea și presiunea vaporilor de apă din aer trebuie să fie mai mari pentru ca acesta să fie saturat.

Cunoscând umiditatea relativă, puteți înțelege câte procente din vaporii de apă din aer la o anumită temperatură sunt departe de saturație. Dacă vaporii din aer sunt saturati, atunci . În cazul în care un , atunci nu sunt suficienți vapori în aer până la o stare de saturație.

Faptul că vaporii din aer devin saturati se apreciază după apariția umidității sub formă de ceață, rouă. Se numește temperatura la care vaporii de apă din aer devin saturați punct de condensare.

Vaporii din aer pot fi saturați prin adăugarea de vapori datorită evaporării suplimentare a lichidului fără modificarea temperaturii aerului sau prin scăderea temperaturii acestuia cu cantitatea de vapori din aer.

Umiditatea relativă normală, cea mai favorabilă pentru om, este de 40 - 60%. De mare importanță este cunoașterea umidității în meteorologie pentru prognoza meteo. În țesut, producția de cofetărie, este necesară o anumită umiditate pentru desfășurarea normală a procesului. Depozitarea operelor de artă și a cărților necesită menținerea umidității la nivelul necesar.

Instrumente de umiditate:

1. Higrometru de condensare (vă permite să determinați punctul de rouă).

2. Higrometrul de păr (pe baza lungimii părului fără grăsimi în raport cu umiditatea) măsoară umiditatea relativă în procente.

3. Psihrometrul este format din două termometre uscate și umede. Becul umed este învelit într-o cârpă înmuiată în apă. Datorită evaporării din țesătură, temperatura umezelii este mai mică decât cea a uscatului. Diferența dintre citirile termometrului depinde de umiditatea aerului din jur: cu cât aerul este mai uscat, cu atât evaporarea din țesătură este mai intensă, cu atât diferența dintre citirile termometrului este mai mare și invers. Dacă umiditatea aerului este de 100%, atunci citirile termometrelor sunt aceleași, adică. diferența de citiri este 0. Pentru a determina umiditatea cu ajutorul unui psicrometru, se folosește un tabel psicrometric.

Topire și cristalizare

La topire a unui corp solid, distanța dintre particulele care formează rețeaua cristalină crește, iar rețeaua în sine este distrusă. Procesul de topire necesită energie. Când un corp solid este încălzit, energia cinetică a moleculelor care vibrează crește și, în consecință, amplitudinea oscilațiilor acestora. La o anumită temperatură, numit punct de topire, ordinea în aranjarea particulelor în cristale este perturbată, cristalele își pierd forma. O substanță se topește, trecând de la starea solidă la starea lichidă.

În timpul cristalizării există o convergență a moleculelor care formează o rețea cristalină. Cristalizarea poate avea loc numai atunci când lichidul eliberează energie. Când substanța topită este răcită, energia cinetică medie și viteza moleculelor scad. Forțele atractive pot menține particulele în apropierea poziției de echilibru. La o anumită temperatură, numit temperatura de solidificare (cristalizare), toate moleculele sunt într-o poziție de echilibru stabil, aranjamentul lor devine ordonat - se formează un cristal.

Topirea unui solid are loc la aceeași temperatură la care substanța se solidifică.

Fiecare substanță are propriul punct de topire. De exemplu, punctele de topire pentru heliu sunt -269,6˚С, pentru mercur -38,9˚С, pentru cupru 1083˚С.

În timpul procesului de topire, temperatura rămâne constantă. Cantitatea de căldură furnizată din exterior se duce la distrugerea rețelei cristaline.

În timpul procesului de întărire, deși căldura este îndepărtată, temperatura nu se schimbă. Energia eliberată în timpul cristalizării este folosită pentru a menține o temperatură constantă.

Până când toată substanța se topește sau toată substanța se solidifică, adică. atâta timp cât fazele solidă și lichidă ale unei substanțe există împreună, temperatura nu se modifică.

TV+lichid lichid + tv

, unde este cantitatea de căldură, - cantitatea de căldură necesară pentru a topi o substanță eliberată în timpul cristalizării unei substanțe în masă în masă

- căldură specifică de fuziune– cantitatea de căldură necesară pentru a topi o substanță de 1 kg la punctul ei de topire.

Ce cantitate de căldură este consumată în topirea unei anumite mase a unei substanțe, aceeași cantitate de căldură este eliberată în timpul cristalizării acestei mase.

Numit si căldură specifică de cristalizare.

La punctul de topire, energia internă a unei substanțe în stare lichidă este mai mare decât energia internă a aceleiași mase de substanță în stare solidă.

Pentru un număr mare de substanțe, volumul crește în timpul topirii, iar densitatea scade. La întărire, dimpotrivă, volumul scade, iar densitatea crește. De exemplu, cristalele solide de naftalină se scufundă în naftalină lichidă.

Unele substanțe, de exemplu, bismut, gheață, galiu, fontă etc., se micșorează atunci când se topesc și se extind atunci când se solidifică. Aceste abateri de la regula generală sunt explicate prin particularitățile structurii rețelelor cristaline. Prin urmare, apa este mai densă decât gheața, gheața plutește în apă. Expansiunea apei în timpul înghețului duce la distrugerea rocilor.

Modificarea volumului metalelor în timpul topirii și solidificării este esențială în activitatea de turnătorie.

Experiența arată că o modificare a presiunii externe asupra unui solid se reflectă în punctul de topire al acelei substanțe. Pentru acele substanțe care se dilată în timpul topirii, o creștere a presiunii externe duce la creșterea punctului de topire, deoarece. împiedică procesul de topire. Dacă substanțele sunt comprimate în timpul topirii, atunci pentru ele o creștere a presiunii externe duce la o scădere a temperaturii de topire, deoarece ajută la procesul de topire. Doar o creștere foarte mare a presiunii modifică vizibil punctul de topire. De exemplu, pentru a scădea punctul de topire al gheții cu 1˚C, presiunea trebuie crescută cu 130 atm. Se numește punctul de topire al unei substanțe la presiunea atmosferică normală punctul de topire al substanței.

În această lecție, vom analiza proprietățile unui gaz oarecum specific - abur saturat. Vom defini acest gaz, vom sublinia cum diferă fundamental de gazele ideale pe care le-am considerat mai devreme și, mai precis, cum diferă dependența presiunii unui gaz saturat. De asemenea, în această lecție, un astfel de proces precum fierberea va fi luat în considerare și descris.

Pentru a înțelege diferențele dintre aburul saturat și un gaz ideal, trebuie să vă imaginați două experimente.

Mai întâi, să luăm un vas închis ermetic cu apă și să începem să-l încălzim. Pe măsură ce temperatura crește, moleculele lichidului vor avea o energie cinetică din ce în ce mai mare, iar un număr tot mai mare de molecule vor putea scăpa din lichid (vezi Fig. 2), prin urmare, concentrația de vapori va crește și, în consecință, va crește presiune. Deci prima pozitie:

Presiunea vaporilor saturați depinde de temperatură

Orez. 2.

Cu toate acestea, această prevedere este destul de așteptată și nu la fel de interesantă ca următoarele. Dacă plasați un lichid cu vaporii saturați sub un piston mobil și începeți să coborâți acest piston, atunci, fără îndoială, concentrația de vapori saturați va crește din cauza scăderii volumului. Cu toate acestea, după ceva timp, vaporii se vor deplasa odată cu lichidul la un nou echilibru dinamic prin condensarea unei cantități în exces de vapori, iar presiunea nu se va schimba în final. A doua pozitie a teoriei aburului saturat:

Presiunea vaporilor saturați nu depinde de volum

Acum trebuie remarcat faptul că presiunea vaporilor saturați, deși depinde de temperatură, ca un gaz ideal, dar natura acestei dependențe este oarecum diferită. Cert este că, după cum știm din ecuația de bază a MKT, presiunea gazului depinde atât de temperatură, cât și de concentrația gazului. Și, prin urmare, presiunea vaporilor saturați depinde de temperatură în mod neliniar până când concentrația de vapori crește, adică până când tot lichidul s-a evaporat. Graficul de mai jos (Fig. 3) arată natura dependenței presiunii vaporilor saturați de temperatură,

Orez. 3

în plus, trecerea de la o secțiune neliniară la una liniară înseamnă doar punctul de evaporare a întregului lichid. Deoarece presiunea unui gaz saturat depinde numai de temperatură, este posibil să se determine absolut fără ambiguitate care va fi presiunea vaporilor saturati la o anumită temperatură. Aceste rapoarte (precum și valorile densității aburului saturat) sunt enumerate într-un tabel special.

Să ne îndreptăm acum atenția asupra unui proces fizic atât de important precum fierberea. În clasa a VIII-a, fierberea era deja definită ca un proces de vaporizare mai intens decât evaporarea. Acum vom extinde oarecum acest concept.

Definiție. Fierbere- procesul de vaporizare care are loc pe tot volumul lichidului. Care este mecanismul de fierbere? Faptul este că există întotdeauna aer dizolvat în apă și, ca urmare a creșterii temperaturii, solubilitatea acestuia scade și se formează microbule. Deoarece fundul și pereții vasului nu sunt perfect netede, aceste bule se agață de neregularitățile din interiorul vasului. Acum secțiunea apă-aer există nu numai la suprafața apei, ci și în interiorul volumului de apă, iar moleculele de apă încep să treacă în bule. Astfel, în interiorul bulelor apare aburul saturat. În plus, aceste bule încep să plutească, crescând în volum și luând în sine un număr mai mare de molecule de apă și izbucnesc la suprafață, eliberând abur saturat în mediu (Fig. 4).

Orez. 4. Procesul de fierbere ()

Condiția pentru formarea și ascensiunea acestor bule este următoarea inegalitate: presiunea vaporilor saturați trebuie să fie mai mare sau egală cu presiunea atmosferică.

Astfel, deoarece presiunea vaporilor saturați depinde de temperatură, punctul de fierbere este determinat de presiunea mediului: cu cât este mai scăzută, cu atât temperatura la care fierbe lichidul este mai scăzută și invers.

În lecția următoare, vom începe să luăm în considerare proprietățile corpurilor rigide.

Bibliografie

1. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z. Fizica moleculară. Termodinamica. - M.: Dropia, 2010.
2. Gendenstein L.E., Dick Yu.I. Fizica clasa a 10-a. - M.: Ileksa, 2005.
3. Kasyanov V.A. Fizica clasa a 10-a. - M.: Dropia, 2010.

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

Teme pentru acasă

1. Pagină 74: nr. 546-550. Fizică. Caiet de sarcini. 10-11 clase. Rymkevich A.P. - M.: Dropia, 2013. ()
2. De ce alpiniștii nu pot fierbe ouă la altitudine?
3. Care sunt câteva modalități prin care poți răci ceaiul fierbinte? Justificați-le din punct de vedere fizic.
4. De ce ar trebui să se reducă presiunea gazului pe arzător după fierberea apei?
5. * Cum poate fi încălzită apa peste o sută de grade Celsius?

>>Fizica: Dependența presiunii vaporilor de saturație de temperatură. Fierbere

Lichidul nu doar se evaporă. Se fierbe la o anumită temperatură.
Presiunea vaporilor saturați în funcție de temperatură. Starea aburului saturat, după cum arată experiența (am vorbit despre asta în paragraful anterior), este aproximativ descrisă de ecuația de stare a unui gaz ideal (10.4), iar presiunea acestuia este determinată de formula

Pe măsură ce temperatura crește, presiunea crește. La fel de Presiunea vaporilor saturați nu depinde de volum, prin urmare, depinde doar de temperatură.
Totuși, dependență r n.p. din T, găsit experimental, nu este direct proporțional, ca într-un gaz ideal la volum constant. Odată cu creșterea temperaturii, presiunea unui vapor saturat real crește mai repede decât presiunea unui gaz ideal ( fig.11.1, secțiunea curbei AB). Acest lucru devine evident dacă trasăm izocorele unui gaz ideal prin puncte DARși LA(linii întrerupte). De ce se întâmplă asta?

Când un lichid este încălzit într-un vas închis, o parte din lichid se transformă în vapori. Ca urmare, conform formulei (11.1) presiunea vaporilor saturați crește nu numai din cauza creșterii temperaturii lichidului, ci și din cauza creșterii concentrației de molecule (densitatea) vaporilor.. Practic, creșterea presiunii odată cu creșterea temperaturii este determinată tocmai de creșterea concentrației. Principala diferență în comportamentul unui gaz ideal și al aburului saturat este că atunci când temperatura vaporilor dintr-un vas închis se modifică (sau când volumul se modifică la o temperatură constantă), masa vaporilor se modifică. Lichidul se transformă parțial în vapori sau, dimpotrivă, vaporii se condensează parțial. Nimic de genul acesta nu se întâmplă cu un gaz ideal.
Când tot lichidul s-a evaporat, vaporii vor înceta să fie saturati la încălzirea ulterioară, iar presiunea sa la volum constant va crește direct proporțional cu temperatura absolută (vezi Fig. fig.11.1, secțiunea curbei soare).
. Pe măsură ce temperatura lichidului crește, crește viteza de evaporare. În cele din urmă, lichidul începe să fiarbă. La fierbere, se formează bule de vapori cu creștere rapidă în volumul lichidului, care plutesc la suprafață. Punctul de fierbere al unui lichid rămâne constant. Acest lucru se datorează faptului că toată energia furnizată lichidului este cheltuită pentru a-l transforma în abur. În ce condiții începe fierberea?
Lichidul conține întotdeauna gaze dizolvate care sunt eliberate pe fundul și pereții vasului, precum și pe particulele de praf suspendate în lichid, care sunt centrele de vaporizare. Vaporii de lichid din interiorul bulelor sunt saturati. Pe măsură ce temperatura crește, presiunea vaporilor crește și bulele cresc în dimensiune. Sub acțiunea forței de plutire, ele plutesc în sus. Dacă straturile superioare ale lichidului au o temperatură mai scăzută, atunci vaporii se condensează în aceste straturi în bule. Presiunea scade rapid și bulele se prăbușesc. Prăbușirea este atât de rapidă încât pereții bulei, ciocnind, produc ceva ca o explozie. Multe dintre aceste microexplozii creează un zgomot caracteristic. Când lichidul se încălzește suficient, bulele încetează să se prăbușească și plutesc la suprafață. Lichidul va fierbe. Urmăriți cu atenție fierbătorul de pe aragaz. Veți descoperi că aproape nu mai face zgomot înainte de a fierbe.
Dependența presiunii vaporilor de saturație de temperatură explică de ce punctul de fierbere al unui lichid depinde de presiunea de pe suprafața acestuia. O bula de vapori poate crește atunci când presiunea vaporilor saturați din interiorul acesteia depășește ușor presiunea din lichid, care este suma presiunii aerului de la suprafața lichidului (presiunea exterioară) și presiunea hidrostatică a coloanei de lichid.
Să acordăm atenție faptului că evaporarea unui lichid are loc la temperaturi mai mici decât punctul de fierbere și numai de la suprafața lichidului; în timpul fierberii, formarea vaporilor are loc în întregul volum al lichidului.
Fierberea începe la o temperatură la care presiunea vaporilor de saturație din bule este egală cu presiunea din lichid.
Cu cât presiunea exterioară este mai mare, cu atât este mai mare punctul de fierbere. Deci, într-un cazan cu abur la o presiune care ajunge la 1,6 10 6 Pa, apa nu fierbe nici măcar la o temperatură de 200°C. În instituțiile medicale în vase închise ermetic - autoclave ( fig.11.2) apa fierbe si la presiune ridicata. Prin urmare, punctul de fierbere al lichidului este mult mai mare de 100°C. Autoclavele sunt folosite pentru sterilizarea instrumentelor chirurgicale etc.

Si invers, reducând presiunea externă, scădem astfel punctul de fierbere. Pompând aer și vapori de apă din balon, puteți face apa să fiarbă la temperatura camerei ( fig.11.3). Pe măsură ce urci munți, presiunea atmosferică scade, astfel încât punctul de fierbere scade. La o altitudine de 7134 m (Vârful Lenin din Pamir), presiunea este de aproximativ 4 10 4 Pa ​​(300 mm Hg). Apa fierbe acolo la aproximativ 70°C. Este imposibil să gătești carne în aceste condiții.

Fiecare lichid are propriul punct de fierbere, care depinde de presiunea vaporilor saturați. Cu cât presiunea vaporilor saturați este mai mare, cu atât este mai scăzut punctul de fierbere al lichidului, deoarece la temperaturi mai scăzute presiunea vaporilor saturați devine egală cu presiunea atmosferică. De exemplu, la un punct de fierbere de 100 ° C, presiunea vaporilor de apă saturați este de 101.325 Pa (760 mm Hg), iar vaporii de mercur sunt de numai 117 Pa (0,88 mm Hg). Mercurul fierbe la 357°C la presiune normală.
Un lichid fierbe atunci când presiunea sa de vapori saturați devine egală cu presiunea din interiorul lichidului.

???
1. De ce crește punctul de fierbere odată cu creșterea presiunii?
2. De ce este esențial pentru fierbere să crească presiunea vaporilor saturați din bule, și nu să crească presiunea aerului prezent în acestea?
3. Cum se face un fierbere lichid prin răcirea vasului? (Aceasta este o întrebare dificilă.)

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fizica clasa a 10-a

Conținutul lecției rezumatul lecției suport cadru prezentarea lecției metode accelerative tehnologii interactive Practică sarcini și exerciții ateliere de autoexaminare, instruiri, cazuri, quest-uri teme pentru acasă întrebări discuții întrebări retorice de la elevi Ilustrații audio, clipuri video și multimedia fotografii, imagini grafice, tabele, scheme umor, anecdote, glume, pilde cu benzi desenate, proverbe, cuvinte încrucișate, citate Suplimente rezumate articole cipuri pentru pătuțuri curioase manuale de bază și glosar suplimentar de termeni altele Îmbunătățirea manualelor și lecțiilorcorectarea erorilor din manual actualizarea unui fragment în manual elemente de inovare în lecție înlocuirea cunoștințelor învechite cu altele noi Doar pentru profesori lecții perfecte plan calendaristic pentru anul recomandări metodologice ale programului de discuții Lecții integrate

Dacă aveți corecții sau sugestii pentru această lecție,

Și ce se va întâmpla cu aburul saturat dacă volumul ocupat de acesta este redus? De exemplu, dacă comprimați vaporii care sunt în echilibru cu un lichid dintr-un cilindru sub un piston, menținând constantă temperatura conținutului cilindrului.

Când vaporii sunt comprimați, echilibrul va începe să fie perturbat. Densitatea vaporilor în primul moment va crește ușor și mai multe molecule vor începe să treacă de la gaz la lichid decât de la lichid la gaz. La urma urmei, numărul de molecule care părăsesc lichidul pe unitatea de timp depinde doar de temperatură, iar compresia vaporilor nu modifică acest număr. Procesul continuă până când echilibrul dinamic și densitatea vaporilor sunt din nou stabilite și, prin urmare, concentrația moleculelor sale nu va lua aceeași valoare. Prin urmare, concentrația moleculelor de vapori saturați la o temperatură constantă nu depinde de volumul acesteia.

Deoarece presiunea este proporțională cu concentrația moleculelor (p = nkT), atunci din această definiţie rezultă că presiunea vaporilor de saturație este independentăotone de volum pe care îl ocupă.

Presiunea aburului, la care lichidul este în echilibru cu vaporii săi se numește presiunea vaporilor de saturație.

• abur nesaturat.

Am folosit cuvintele de multe ori gazși aburi. Nu există nicio diferență fundamentală între gaz și abur. Dar dacă, la o temperatură constantă, un gaz poate fi transformat într-un lichid prin simpla comprimare, atunci îi numim vapori, mai precis, abur nesaturat.

• Dependența presiunii vaporilor saturați de temperatură.

Starea aburului saturat, după cum spune experiența, este descrisă aproximativ de ecuația de stare a unui gaz ideal, iar presiunea acestuia este determinată de formula

Pe măsură ce temperatura crește, presiunea crește. La fel de d presiune saturatăaburul nu depinde de volum,depinde doarde la temperatură.

Cu toate acestea, această dependență gură), găsit experimental, nu este direct proporțional, ca într-un gaz ideal la volum constant. Odată cu creșterea temperaturii, presiunea vaporilor saturați crește mai repede decât presiunea unui gaz ideal (Fig. 30, secțiunea curbei). AB). Acest lucru devine deosebit de evident dacă trasăm un izocor prin punct DAR(linie întreruptă) De ce se întâmplă asta?

Cu toate acestea, această dependență p(T), găsit experimental, nu este direct proporțional, ca într-un gaz ideal la volum constant. Odată cu creșterea temperaturii, presiunea vaporilor saturați este mai rapidă decât presiunea unui gaz ideal (Fig. 30).De ce se întâmplă acest lucru?

Când un lichid este încălzit într-un vas închis, o parte din lichid se transformă în vapori. Ca urmare, conform formulei
presiune aburul saturat crește nu numai datorita cresterii temperaturii lichidă, dar și datorită creșterii concentrația de molecule (plută ness) pereche . Practic, creșterea presiunii odată cu creșterea temperaturii este determinată tocmai de creșterea concentrației. Principala diferență în comportamentul unui gaz ideal și al aburului saturat este că atunci când temperatura vaporilor dintr-un vas închis se modifică (sau când volumul se modifică la o temperatură constantă), masa vaporilor se modifică. Lichidul se transformă parțial în vapori sau, dimpotrivă, vaporii se condensează parțial. Când tot lichidul se evaporă, vaporii, la încălzirea ulterioară, vor înceta să fie saturati și presiunea sa la volum constant va crește direct proporțional cu temperatura absolută (vezi Fig. 30, secțiunea VS).

Petrolul și produsele petroliere se caracterizează printr-o anumită presiune a vaporilor saturati sau presiunea vaporilor de ulei. Presiunea vaporilor saturați este un indicator normalizat pentru benzinele de aviație și motor, care caracterizează indirect volatilitatea combustibilului, calitățile sale de pornire și tendința de a forma blocaje de vapori în sistemul de alimentare a motorului.

Pentru lichidele cu compoziție eterogenă, cum ar fi benzinele, presiunea vaporilor de saturație la o anumită temperatură este o funcție complexă a compoziției benzinei și depinde de volumul spațiului în care se află faza de vapori. Prin urmare, pentru a obține rezultate comparabile, determinările practice trebuie efectuate la o temperatură standard și un raport constant al fazelor de vapori și lichide. Având în vedere cele de mai sus presiunea vaporilor saturați carburanții se numesc presiunea fazei de vapori a combustibilului, care se află în echilibru dinamic cu faza lichidă, măsurată la o temperatură standard și un anumit raport dintre volumele fazelor de vapori și lichide. Temperatura la care presiunea vaporilor saturați devine egală cu presiunea din sistem se numește punctul de fierbere al substanței. Presiunea vaporilor saturați crește brusc odată cu creșterea temperaturii. La aceeași temperatură, produsele petroliere mai ușoare se caracterizează printr-o presiune mai mare a vaporilor saturați.

În prezent, există mai multe modalități de a determina DNP-ul substanțelor, care pot fi împărțite în următoarele grupuri:

1. metoda statica.
2. metoda dinamica.
3. Metoda de saturare a gazului în mișcare.
4. Metoda de studiere a izotermelor.
5. Metoda revărsării Knudsen.
6. metoda cromatografica.

Metoda statică

Metoda statică este cea mai comună, pentru că acceptabil la măsurarea DNP-ului substanțelor într-o gamă largă de temperaturi și presiuni. Esența metodei este măsurarea presiunii unui vapor care este în echilibru cu lichidul său la o anumită temperatură. Presiunea poate fi măsurată fie cu manometre (izvor, mercur, deadweight, apă), fie cu ajutorul unor senzori speciali (tensometrici, electrici etc.), care permit conversia la presiune, fie prin calcul, când cantitatea de substanță în se cunoaște un anumit volum. Cea mai utilizată metodă folosind diverse manometre, așa-numita metodă statică directă. În acest caz, substanța de testat este turnată într-un piezometru (sau orice recipient), plasat într-un termostat care permite menținerea unei anumite temperaturi, iar cu ajutorul unui manometru se măsoară DNP-ul. Mai mult, conectarea manometrului poate fi realizată atât în ​​fază lichidă, cât și în faza gazoasă. La conectarea unui manometru în fază lichidă, se ia în considerare o corecție pentru coloana de lichid hidrostatic. Conectarea dispozitivului de măsurare se realizează de obicei printr-un separator, care este folosit ca încuietori cu mercur, membrane, burduf etc.

Pe baza metodei statice directe, au fost create o serie de configurații experimentale pentru studiul DNP al produselor petroliere.

În rafinarea petrolului, datorită simplității sale, standardul Metoda bombei lui Reid(GOST 1756-2000). Bomba este formată din două camere: combustibil 1 și aer 2, cu un raport de volum de 1:4, conectate printr-un fir. Presiunea creată de vaporii combustibilului testat este înregistrată de un manometru 3 atașat la partea superioară a camerei de aer. Testul se efectuează la o temperatură de 38,8°C și o presiune de 0,1 MPa asigurată de o baie specială cu temperatură controlată.

Presiunea vaporilor saturați a lichidului de testat este determinată de formula:

Determinarea presiunii de vapori într-o bombă Reid oferă rezultate aproximative care servesc doar pentru o evaluare comparativă a calității carburanților pentru motoare.

Avantajele dispozitivului includ simplitatea proiectării și experimentării, dezavantajele sunt raportul constant al fazelor lichide și vaporilor și rugozitatea metodei (eroarea în determinarea DNP-ului benzinei ajunge la 15-20%).

O opțiune mai precisă pentru măsurarea DNP printr-o metodă statică este metoda Sorrel-NATI. Această metodă poate fi utilizată pentru a determina valorile absolute ale presiunii vaporilor saturați chiar și la temperaturi negative. Avantajul acestei metode este capacitatea de a măsura DNP în diferite rapoarte ale fazelor lichide și de vapori, precum și în prezența sau absența aerului și gazelor dizolvate în substanță. Dezavantajele includ complexitatea, aplicabilitatea numai în laboratoare speciale și o eroare relativ mare în măsurarea DNP (până la 5%).

Discrepanțele dintre datele obținute folosind bomba Reid și metoda NATI sunt de 10-20%.

Metoda dinamica

Metoda dinamica bazat pe măsurarea punctului de fierbere al unui lichid la o anumită presiune. Configurațiile experimentale existente bazate pe metoda dinamică folosesc ebuliometre în designul lor. Acestea sunt dispozitive bazate pe principiul pulverizării unui termometru cu un amestec vapori-lichid. Metoda dinamică a fost dezvoltată pentru a studia DNP-ul substanțelor pure, pentru care punctul de fierbere este o valoare fixă, și nu a fost utilizată pentru măsurarea presiunii produselor petroliere saturate, al căror punct de fierbere se modifică pe măsură ce componentele fierb. Se știe că fracțiile de ulei cu fierbere îngustă ocupă o poziție intermediară între substanțele pure și amestecurile. Intervalul de măsurare a presiunii prin metoda dinamică este de obicei mic - până la 0,15-0,2 MPa. Prin urmare, recent s-au făcut încercări de aplicare a metodei dinamice pentru studiul DNP al fracțiilor înguste de petrol.

Metoda de saturare a gazului în mișcare

Metoda de saturare a gazului în mișcare se foloseste cand DNP-ul substantei nu depaseste cativa mm Hg. Dezavantajul metodei este eroarea relativ mare a datelor experimentale și necesitatea cunoașterii greutății moleculare a substanței studiate. Esența metodei este următoarea: un gaz inert este trecut prin lichid și saturat cu vaporii acestuia din urmă, după care intră în frigider, unde se condensează vaporii absorbiți. Cunoscând cantitatea de gaz și lichid absorbit, precum și greutățile moleculare ale acestora, este posibil să se calculeze presiunea de vapori saturati a lichidului.

Metoda de studiu a izotermelor

Metoda de studiu a izotermelor oferă cele mai precise rezultate în comparație cu alte metode, în special la temperaturi ridicate. Această metodă constă în studierea relației dintre presiunea și volumul aburului saturat la o temperatură constantă. La punctul de saturație, izoterma ar trebui să aibă o îndoire, transformându-se într-o linie dreaptă. Se crede că această metodă este potrivită pentru măsurarea DNP al substanțelor pure și nu este potrivită pentru substanțele multicomponente, în care punctul de fierbere este o valoare nedeterminată. Prin urmare, nu a primit distribuție în măsurarea DNP al produselor petroliere.

Metoda revărsării Knudsen

Metoda revărsării Knudsen aplicabil în principal pentru măsurarea presiunilor foarte scăzute (până la 100 Pa). Această metodă face posibilă găsirea ratei de efuziune a vaporilor în funcție de cantitatea de condensat, cu condiția ca substanța efluentă să fie complet condensată. Instalațiile bazate pe această metodă prezintă următoarele dezavantaje: sunt instalații de măsurare unică și necesită depresurizare după fiecare măsurătoare, ceea ce, în prezența unor substanțe ușor oxidabile și instabile, duce adesea la transformarea chimică a substanței de testat și denaturarea rezultatelor măsurătorilor. A fost creată o configurație experimentală care nu prezintă aceste neajunsuri, dar complexitatea designului îi permite să fie folosit doar în laboratoare special echipate. Această metodă este utilizată în principal pentru a măsura DNP-ul solidelor.

Metoda revărsării Knudsen

Metoda cromatografică de determinare Substanțele DNP au început să fie dezvoltate relativ recent. În această metodă, determinarea DNP-ului produselor petroliere se bazează pe o analiză cromatografică completă a lichidului și pe calculul sumei presiunilor parțiale ale tuturor componentelor amestecului. Metoda de determinare a DNP al hidrocarburilor individuale și al fracțiilor de produse petroliere se bazează pe ideile dezvoltate de autori despre indicele de retenție fizico-chimic și conceptul de specificitate de fază. În acest scop, este necesar să existe fie o coloană cromatografică capilară cu o putere de separare mare, fie date din literatură despre indicii de retenție ai compușilor studiați.

Cu toate acestea, atunci când se analizează astfel de amestecuri complexe de hidrocarburi precum produsele petroliere, apar dificultăți nu numai în separarea hidrocarburilor aparținând diferitelor clase, ci și în identificarea componentelor individuale ale acestor amestecuri.

Conversia presiunii vaporilor saturati

În calculele tehnologice, este adesea necesar să se recalculeze temperaturile de la o presiune la alta, sau presiunea cu o schimbare a temperaturii. Există multe formule pentru asta. Formula lui Ashworth a primit cea mai mare aplicare:

Formula Ashworth rafinată de V.P. Antonchenkov are forma:

Pentru a recalcula temperatura și presiunea, este, de asemenea, convenabil să folosiți metode grafice.

Cel mai comun complot este complot Cox, care este construit după cum urmează. Axa absciselor este o scară logaritmică, pe care sunt trasate valorile logaritmului presiunii ( lgP), cu toate acestea, pentru ușurință în utilizare, valorile corespunzătoare sunt reprezentate pe scară R. Valorile temperaturii sunt reprezentate grafic pe axa y. O linie dreaptă este trasată la un unghi de 30° față de axa absciselor, indicată de indicele " H20”, care caracterizează dependența presiunii vaporilor de apă saturați de temperatură. Când construiți un grafic dintr-o serie de puncte de pe axa absciselor, restabiliți perpendicularele pe intersecția cu o dreaptă H20 iar punctele rezultate sunt transferate pe axa y. Pe axa y se obține o scară, construită pe punctele de fierbere ale apei, corespunzătoare diferitelor presiuni ale vaporilor ei saturați. Apoi, pentru mai multe hidrocarburi bine studiate, se iau o serie de puncte cu puncte de fierbere precunoscute și presiunile de vapori de saturație corespunzătoare.

S-a dovedit că pentru alcanii cu o structură normală, graficele construite după aceste coordonate sunt drepte care converg toate într-un punct (pol). În viitor, este suficient să luați orice punct cu coordonatele temperatură - presiunea vaporilor saturati de hidrocarburi și să-l conectați la pol pentru a obține dependența presiunii vaporilor saturați de temperatură pentru această hidrocarbură.

În ciuda faptului că graficul este construit pentru alcani normali individuali, este utilizat pe scară largă în calculele tehnologice pentru fracțiile înguste ale petrolului, reprezentând punctul mediu de fierbere al acestei fracțiuni pe axa y.

Pentru a recalcula punctele de fierbere ale produselor petroliere de la vid profund la presiunea atmosferică, se utilizează nomograma UOP, conform căreia, prin conectarea a două valori cunoscute pe scalele corespunzătoare ale graficului cu o linie dreaptă, valoarea dorită este obţinut la intersecţia cu scara a treia R sau t. Nomograma UOP este utilizată în principal în practica de laborator.

Presiunea vaporilor saturați a amestecurilor și soluțiilor, spre deosebire de hidrocarburile individuale, depinde nu numai de temperatură, ci și de compoziția fazelor lichide și de vapori. Pentru soluții și amestecuri care respectă legile lui Raoult și Dalton, presiunea totală a vaporilor saturați a amestecului poate fi calculată folosind formulele:

În regiunea presiunilor înalte, după cum se știe, gazele reale nu respectă legile lui Raoult și Dalton. În astfel de cazuri, presiunea vaporilor saturați găsită prin metode de calcul sau grafice este rafinată folosind parametri critici, factor de compresibilitate și fugacitate.

Densitate