Ak môže dôjsť k ďalšiemu vyparovaniu tejto kvapaliny v priestore obsahujúcom pary nejakej kvapaliny, potom sa para v tomto priestore nazýva nenasýtená para.
Pri zmene objemu nenasýtenej pary si všimneme, že sa mení aj jej tlak: so znížením objemu sa tlak zvyšuje a so zvýšením objemu sa tlak znižuje.
Nechajte potrubie B zdvihnúť tak vysoko, aby obsahovalo nenasýtenú paru. Tlak tejto pary sa rovná H - h, kde H - Atmosférický tlak... Ak potom trubicu spustíte, hladina ortuti v nej sa zníži: h 1< h, а это показывает, что давление пара возрастает (H – h 1 >H - H). Tlak pary sa bude zvyšovať, kým sa para nestane nasýtenou. Nad ortuťou sa objaví kvapalina. Od okamihu nasýtenia parou bude jej tlak konštantný a rovný H - h 2. Bude to najväčší tlak para pri danej teplote.?
Para vytvára najväčší tlak pri danej teplote v stave nasýtenia.
Graficky je prechod nenasýtenej pary na kvapalinu zmenšovaním jej objemu bez zmeny teploty znázornený krivkou ABCD. Časť AB tejto krivky zodpovedá nenasýtenej pare, bod B - stav nasýtenia, čiara BC - kondenzácia pár a CD - kvapalina. Krivka ABCD sa nazýva izoterma para-kvapalina.
Nenasýtenú paru je možné priviesť do stavu nasýtenia nielen znížením objemu, ale aj znížením jej teploty. Ak teda nalejete éter na vonkajšiu časť trubice B, éter sa odparí a ochladí, v dôsledku čoho sa nenasýtená para prejde do stavu nasýtenia a čiastočne sa zmení na kvapalinu.
Táto vlastnosť pary vysvetľuje zahmlievanie studených predmetov vnesených do teplá miestnosť, vznik hmly, rosy a pod.. Prechod pary z nenasýteného stavu do nasýteného sa teda dosiahne dvoma spôsobmi: 1) znížením teploty a 2) zvýšením tlaku (zmenšením objemu).
Spätný prechod z nasýteného do nenasýteného stavu sa dosiahne: 1) bez zmeny teploty znížením tlaku (zväčšením objemu) a 2) zvýšením teploty pary.
Ak opatrne zahrejete trubicu obsahujúcu nasýtenú paru, kvapalina nad ortuťou sa postupne vyparí a pri ďalšom zahrievaní bude nad ortuťou nenasýtená para.
V technológii sa nenasýtená para získaná prehriatím nasýtenej pary nazýva prehriata para. Na prevádzku parných strojov sa v súčasnosti používa výlučne prehriata para s teplotou 150 až 600 °C.
Pri vyparovaní súčasne s prechodom molekúl z kvapaliny do pary dochádza aj k opačnému procesu. Niektoré z molekúl, ktoré ju opustili, sa náhodne pohybujú nad povrchom kvapaliny a opäť sa vracajú do kvapaliny.
Keď sa stlačí nasýtená para, ktorej teplota sa udržiava konštantná, rovnováha sa najskôr začne porušovať: hustota pary sa zvýši a v dôsledku toho prejde viac molekúl z plynu do kvapaliny ako z kvapaliny do plynu; Toto bude pokračovať, kým koncentrácia pary v novom objeme nebude rovnaká, zodpovedajúca koncentrácii nasýtenej pary pri danej teplote (a obnoví sa rovnováha). Vysvetľuje to skutočnosť, že počet molekúl opúšťajúcich kvapalinu za jednotku času závisí iba od teploty.
Koncentrácia molekúl nasýtenej pary pri konštantnej teplote teda nezávisí od jej objemu.
Pretože tlak plynu je úmerný koncentrácii jeho molekúl, tlak nasýtených pár nezávisí od objemu, ktorý zaberá. Tlak p 0, v ktorom je kvapalina v rovnováhe so svojimi parami, sa nazýva tlak nasýtenej pary.
Keď sa nasýtená para stlačí, väčšina z nich prechádza do kvapalného stavu. Kvapalina zaberá menší objem ako para rovnakej hmotnosti. Výsledkom je, že objem pary, pričom jej hustota zostáva nezmenená.
Pre ideálny plyn existuje lineárna závislosť tlaku od teploty pri konštantnom objeme. Aplikuje sa na nasýtenú paru s tlakom p 0 túto závislosť vyjadruje rovnosť:
p0 = nkT.
Keďže tlak nasýtenej pary nezávisí od objemu, závisí teda iba od teploty.
Experimentálne stanovená závislosť p 0 (T) sa líši od závislosti ( p0 = nkT) pre ideálny plyn.
So zvyšujúcou sa teplotou rastie tlak nasýtených pár rýchlejšie ako tlak ideálneho plynu (časť krivky AB na obrázku). Toto je obzvlášť zrejmé, ak bodom nakreslíte izochóru A(bodkovaná čiara). Stáva sa to preto, že keď sa kvapalina zahreje, jej časť sa zmení na paru a hustota pary sa zvýši. Preto podľa vzorca ( p0 = nkT), tlak nasýtených pár sa zvyšuje nielen v dôsledku zvýšenia teploty kvapaliny, ale aj v dôsledku zvýšenia koncentrácie molekúl pár (hustoty). Hlavným rozdielom v správaní ideálneho plynu a nasýtenej pary je zmena hmotnosti pary pri zmene teploty s konštantným objemom (v uzavretej nádobe) alebo pri zmene objemu pri konštantnej teplote. S ideálnym plynom sa nič také nemôže stať (molekulárno-kinetická teória ideálneho plynu nepočíta s fázovou premenou plynu na kvapalinu).
Po odparení všetkej kvapaliny bude správanie pary zodpovedať správaniu ideálneho plynu (odsek slnko krivka na obrázku vyššie).
Ak môže dôjsť k ďalšiemu vyparovaniu tejto kvapaliny v priestore obsahujúcom pary akejkoľvek kvapaliny, potom para v tomto priestore je nenasýtené.
Para, ktorá nie je v rovnováhe so svojou kvapalinou, sa nazýva nenasýtená.
Nenasýtenú paru je možné premeniť na kvapalinu jednoduchým stlačením. Po začatí tejto premeny sa para v rovnováhe s kvapalinou nasýti.
Video tutoriál 2: Teplotná závislosť tlaku pary. Rosný bod
Prednáška: Nasýtené a nenasýtené pary
Pevné látky sa líšia od kvapalných telies v stabilnejšej polohe molekúl. V kvapalinách sú príťažlivé sily, ale nie vždy sú dostatočné. Ak molekula nejakej kvapalnej látky dostane kinetickú energiu, ktorá umožní, aby sa štruktúrne jednotky uvoľnili, potom sú schopné opustiť povrch kvapaliny a odletieť do plynu, ktorý je na vrchu. Niektoré molekuly nemajú dostatok energie a vracajú sa späť do kvapaliny.
Proces, pri ktorom molekuly opúšťajú kvapalinu, sa nazýva odparovanie. Opačný proces odparovania sa nazýva kondenzácii.
Existujú dva typy tvorby pár: vyparovanie a varenie.
Odparovanie
Proces odparovania je charakterizovaný schopnosťou molekúl kvapaliny opustiť horné vrstvy pri akejkoľvek teplote. V momente, keď molekula opustí povrch, teplota kvapaliny sa zníži. K tomu dochádza v dôsledku skutočnosti, že na odtrhnutie štrukturálnej jednotky je potrebná energia a keď sa spotrebúva energia, teplota klesá.
To je dôvod, prečo ľudské telo produkuje pot. V dôsledku jeho vyparovania klesá telesná teplota. Každý z nás, ktorý opúšťa rieku, more alebo inú vodnú plochu, pocítil chlad - to sa deje v dôsledku vyparovania.
Rýchlosť procesu odparovania závisí:
1. Od veľkosti voľného povrchu kvapaliny... Ak si vezmete hrnček a tanierik rovnakého objemu, tak k odparovaniu z taniera dôjde rýchlejšie vďaka väčšej ploche.
2. Od druhu kvapaliny... Voda sa vyparuje rýchlejšie ako napríklad alkohol. Čím ľahšia je štruktúrna jednotka látky, tým rýchlejšie dochádza k odparovaniu.
3. Od teploty kvapaliny... Čím vyššia je teplota, tým rýchlejšie proces prebieha.
4. Od tlaku životné prostredie ... Ak je tlak vysoký, nedovoľuje kvapaline opustiť povrch, takže odparovanie je pomalšie.
5. Ak je kvapalina v uzavretom priestore, potom sa ťažšie odparuje.... Preto rýchlosť závisí od množstva vodnej pary nad povrchom kvapaliny.
Páry: nasýtené a nenasýtené
Predstavte si, že ste vzali dve nádoby. Jeden z nich bol uzavretý vekom. V oboch nádobách dochádza k odparovaniu a kondenzácii.
V nádobe, ktorá nie je uzavretá, je počet molekúl, ktoré sa vyparili, väčší ako tých, ktoré sa vrátili. Táto para sa nazýva nenasýtená. V uzavretej nádobe je počet molekúl, ktoré opustili kvapalinu, rovnaký ako počet molekúl, ktoré sa vrátili. Táto para sa nazýva nasýtená.
Vriaci
K tomuto procesu prechodu kvapaliny do plynného stavu dochádza z celého objemu a pri určitej teplote. Každá kvapalina má svoj vlastný bod varu. Na vodu napríklad s normálny tlak bod varu 100 stupňov. Čím nižší je tlak, tým nižší je bod varu. Na vysokej hore sa teda môže voda variť pri nižšej teplote.
Len pozor, v takejto vode je takmer nemožné uvariť mäso – potrebuje vyššiu teplotu.
Počas varu plynové bubliny obsiahnuté v kvapaline opúšťajú svoj objem. Je ťažšie znovu prevariť vodu, pretože tam nie sú také bubliny. Var začína, keď je tlak v bublinách menší ako v kvapaline - začnú praskať.
Kvapaliny majú tendenciu sa vyparovať. Ak sme na stôl nakvapkali kvapku vody, éteru a ortuti (len to nerobte doma!), mohli sme pozorovať, ako kvapky postupne miznú – vyparujú sa. Niektoré kvapaliny sa odparujú rýchlejšie, iné pomalšie. Proces vyparovania kvapaliny sa tiež nazýva odparovanie. A opačným procesom premeny pary na kvapalinu je kondenzácia.
Tieto dva procesy ilustrujú fázový prechod- proces prechodu látok z jedného súhrnný stav do iného:
Mimochodom, teraz je tá správna sezóna na pozorovanie procesu desublimácie v prírode: mráz a mráz na stromoch a predmetoch, mrazivé vzory na oknách – jeho výsledok.
Ale späť k vaporizácii. Budeme ďalej experimentovať a do otvorenej nádoby nalejeme tekutinu – napríklad vodu a napojíme na ňu tlakomer. Okom neviditeľné, v nádobe dochádza k vyparovaniu. Všetky molekuly kvapaliny sú v nepretržitom pohybe. Niektorí sa pohybujú tak rýchlo, že ich Kinetická energia sa ukáže byť silnejší ako ten, ktorý spája molekuly kvapaliny dohromady.
Po opustení kvapaliny sa tieto molekuly ďalej chaoticky pohybujú v priestore, drvivá väčšina z nich sa v ňom rozptýli - takto nenasýtená para... Len malá časť z nich sa vracia späť do kvapaliny.
Ak nádobu uzavrieme, molekúl pary bude postupne viac a viac. A stále viac sa ich bude vracať do tekutiny. Tým sa zvýši tlak pár. Tým sa zafixuje manometer pripojený k nádobe.
Po určitom čase bude počet molekúl unikajúcich z kvapaliny a vracajúcich sa do nej rovnaký. Tlak pary sa prestane meniť. Ako výsledok sýtosť parou ustaví sa termodynamická rovnováha systému kvapalina-para. To znamená, že odparovanie a kondenzácia budú rovnaké.
Aby sme ich názorne ilustrovali, použijeme ešte jeden experiment. Využite plnú silu svojej fantázie, aby ste to predstavili. Vezmime si teda ortuťový manometer pozostávajúci z dvoch kolien - komunikačných trubíc. Do oboch sa naleje ortuť, jeden koniec je otvorený, druhý je utesnený a nad ortuťou je v ňom ešte určité množstvo éteru a jeho nasýtených pár. Ak spustíte a zdvihnete neutesnené koleno, hladina ortuti v zapečatenom kolene bude tiež stúpať a klesať.
V tomto prípade sa zmení aj množstvo (objem) nasýtených pár éteru. Rozdiel hladín ortuťových stĺpcov v oboch ramenách manometra ukazuje tlak nasýtených pár éteru. Po celý čas zostane nezmenený.
Z toho vyplýva vlastnosť nasýtenej pary - jej tlak nezávisí od objemu, ktorý zaberá. Tlak nasýtených pár rôznych kvapalín (napríklad vody a éteru) je pri rovnakej teplote rôzny.
Na teplote nasýtenej pary však záleží. Čím vyššia teplota, tým vyšší tlak. Tlak nasýtenej pary stúpa so zvyšujúcou sa teplotou rýchlejšie ako pri nenasýtenej pare. Teplota a tlak nenasýtenej pary sú lineárne závislé.
Môže sa uskutočniť ďalší zaujímavý experiment. Vezmite prázdnu banku bez výparov kvapaliny, zatvorte ju a pripojte tlakomer. Postupne po kvapkách pridávame do vnútra banky tekutinu. Keď kvapalina vstupuje a vyparuje sa, vytvorí sa tlak nasýtených pár, ktorý je pre danú kvapalinu pri danej teplote najvyšší.
Teplota pary tiež ovplyvňuje rýchlosť kondenzácie. Rovnako ako teplota kvapaliny určuje rýchlosť vyparovania - inými slovami, počet molekúl, ktoré vyletia z povrchu kvapaliny za jednotku času.
Pre nasýtenú paru sa jej teplota rovná teplote kvapaliny. Čím vyššia je teplota nasýtenej pary, tým vyšší je jej tlak a hustota, tým nižšia je hustota kvapaliny. Keď sa dosiahne teplota kritická pre látku, hustota kvapaliny a pary je rovnaká. Ak je teplota pary vyššia ako kritická teplota látky, fyzikálne rozdiely medzi kvapalinou a nasýtenou parou miznú.
Povedali sme, že tlak nasýtených pár zostáva nezmenený pri konštantnej teplote. Tlak sme určili za „ideálnych“ podmienok: keď je v nádobe alebo banke kvapalina a para len jednej látky. Uvažujme aj o experimente, v ktorom sú molekuly látky rozptýlené v priestore v zmesi s inými plynmi.
Aby ste to urobili, vezmite dva otvorené sklenené valce a vložte ich do oboch uzavretých nádob s éterom. Ako obvykle pripojíme tlakomery. Otvoríme jednu nádobu s éterom, po čom tlakomer zaznamená zvýšenie tlaku. Rozdiel medzi týmto tlakom a tlakom vo valci s uzavretou éterovou nádobou umožňuje zistiť tlak nasýtených pár éteru.
Odparovanie je možné nielen z povrchu kvapaliny, ale aj v jej objeme - vtedy sa nazýva var. Keď teplota kvapaliny stúpa, vytvárajú sa bubliny pary. Keď je tlak nasýtenej pary väčší alebo rovnaký ako tlak plynu v bublinách, kvapalina sa vo vnútri bublín vyparí. A tie sa rozširujú a stúpajú na povrch.
Kvapaliny vria pri rozdielne teploty... Za normálnych podmienok voda vrie pri 100 0 C. Ale so zmenou atmosférického tlaku sa mení aj bod varu. Takže v horách, kde je vzduch veľmi riedky a atmosférický tlak je nižší, klesá aj bod varu vody, keď stúpate do hôr.
Mimochodom, varenie je v hermeticky uzavretej nádobe vôbec nemožné.
Ďalší príklad vzťahu medzi tlakom pár a vyparovaním demonštruje taká charakteristika obsahu vodnej pary vo vzduchu, ako je relatívna vlhkosť vzduchu. Je to pomer parciálneho tlaku vodnej pary k tlaku nasýtenej pary a je určený vzorcom: φ = p / p približne * 100 %.
S poklesom teploty vzduchu sa v ňom zvyšuje koncentrácia vodnej pary, t.j. stávajú sa bohatšími. Táto teplota sa nazýva rosný bod.
Na jednoduchých príkladoch sme rozobrali podstatu procesu odparovania a výslednej nenasýtenej a nasýtenej pary. Všetky tieto javy môžete pozorovať každý deň okolo seba: vidieť napríklad mláky vysychajúce po daždi na uliciach alebo zrkadlo v kúpeľni zahmlené od pary. V kúpeľni môžete dokonca pozorovať, ako najskôr dochádza k odparovaniu a potom vlhkosť nahromadená na zrkadle kondenzuje späť do vody.
Tieto poznatky môžete využiť aj na to, aby ste si spríjemnili život. Napríklad v zime je v mnohých bytoch vzduch veľmi suchý, čo má zlý vplyv na pohodu. Na zvýšenie vlhkosti môžete použiť moderný zvlhčovač. Alebo starým spôsobom vložte do miestnosti nádobu s vodou: voda sa postupne odparuje a nasýti vzduch svojimi parami.
stránky, s úplným alebo čiastočným kopírovaním materiálu, je potrebný odkaz na zdroj.
DEFINÍCIA
Odparovanie je proces premeny kvapaliny na paru.
V kvapaline (alebo pevnej látke) pri akejkoľvek teplote existuje určitý počet „rýchlych“ molekúl, ktorých kinetická energia je väčšia ako potenciálna energia ich interakcie so zvyškom častíc látky. Ak sa takéto molekuly ocitnú blízko povrchu, môžu prekonať príťažlivosť iných molekúl a vyletieť z kvapaliny a vytvoriť nad ňou paru. Odparovanie pevných látok sa často označuje aj ako sublimácia alebo sublimácia.
K odparovaniu dochádza pri akejkoľvek teplote, pri ktorej môže byť daná látka v kvapalnom alebo pevnom stave. Rýchlosť vyparovania však závisí od teploty. So stúpajúcou teplotou sa zvyšuje počet „rýchlych“ molekúl a následne sa zvyšuje rýchlosť vyparovania. Rýchlosť odparovania závisí aj od plochy voľného povrchu kvapaliny a typu látky. Takže napríklad voda naliata do tanierika sa vyparí rýchlejšie ako voda nalial do pohára. Alkohol sa vyparuje rýchlejšie ako voda atď.
Množstvo kvapaliny v otvorenej nádobe neustále klesá v dôsledku vyparovania. Ale to sa nestane v tesne uzavretej nádobe. Vysvetľuje to skutočnosť, že opačný proces prebieha súčasne s odparovaním v kvapaline (alebo pevnej látke). Molekuly pár sa nad kvapalinou chaoticky pohybujú, takže niektoré z nich pod vplyvom príťažlivosti molekúl voľného povrchu padajú späť do kvapaliny. Proces premeny pary na kvapalinu sa nazýva kondenzácia. Proces premeny pary na pevný bežne označovaná ako kryštalizácia pary.
Po naliatí kvapaliny do nádoby a jej tesnom uzavretí sa kvapalina začne odparovať a hustota pary nad voľným povrchom kvapaliny sa zvýši. Zároveň sa však zvýši počet molekúl vracajúcich sa späť do kvapaliny. V otvorenej nádobe je situácia iná: molekuly, ktoré opustili kvapalinu, sa nemusia vrátiť do kvapaliny. V uzavretej nádobe sa časom vytvorí rovnovážny stav: počet molekúl opúšťajúcich povrch kvapaliny sa rovná sa číslu molekuly pary sa vracajú do kvapaliny. Tento stav sa nazýva stav dynamickej rovnováhy(obr. 1). V stave dynamickej rovnováhy medzi kvapalinou a parou dochádza súčasne k odparovaniu aj kondenzácii a oba procesy sa navzájom rušia.
Obr. Kvapalina v dynamickej rovnováhe
DEFINÍCIA
Nasýtená para je para, ktorá je v stave dynamickej rovnováhy so svojou kvapalinou.
Názov „nasýtený“ zdôrazňuje, že daný objem pri danej teplote nemôže obsahovať viac pary. Nasýtená para má pri danej teplote maximálnu hustotu, a preto vyvíja maximálny tlak na steny nádoby.
DEFINÍCIA
Nenasýtená para- para, ktorá nedosiahla stav dynamickej rovnováhy.
V rôznych kvapalinách dochádza k nasýteniu parou pri rôznych hustotách, čo je spôsobené rozdielom v molekulárnej štruktúre, t.j. rozdiel v sile intermolekulárnej interakcie... V kvapalinách, v ktorých sú sily vzájomného pôsobenia molekúl veľké (napríklad v ortuti), sa stav dynamickej rovnováhy dosiahne pri nízkych hustotách pár, pretože počet molekúl, ktoré môžu opustiť povrch kvapaliny, je malý. Naopak, v prchavých kvapalinách s malými príťažlivými silami molekúl pri rovnakých teplotách vyletí z kvapaliny značné množstvo molekúl a pri vysokej hustote sa dosiahne nasýtenie parou. Príkladmi takýchto kvapalín sú etanol, éter atď.
Keďže intenzita procesu kondenzácie pary je úmerná koncentrácii molekúl pary a intenzita procesu odparovania závisí len od teploty a s jej rastom sa prudko zvyšuje, koncentrácia molekúl v nasýtenej pare závisí iba od teploty kvapaliny. . Takže tlak nasýtenej pary závisí len od teploty a nezávisí od objemu. Navyše, ako teplota stúpa, koncentrácia molekúl nasýtených pár a následne hustota a tlak nasýtených pár rýchlo rastie. Špecifické závislosti tlaku a hustoty nasýtenej pary od teploty sú pre rôzne látky rôzne a možno ich zistiť z referenčných tabuliek. Ukazuje sa, že nasýtená para je spravidla dobre opísaná rovnicou Cliperon-Mendeleev. Pri stlačení alebo zahriatí sa však hmotnosť nasýtených pár mení.
Nenasýtená para dodržiava zákon o ideálnom plyne s primeranou presnosťou.
PRÍKLAD 1
| Cvičenie | V uzavretej nádobe s objemom 0,5 litra pri teplote sú vodná para a kvapka vody v rovnováhe. Určte hmotnosť vodnej pary v nádobe. |
| Riešenie | Pri teplote sa tlak nasýtenej pary rovná atmosférickému, teda Pa. Napíšme Mendelejevovu-Clapeyronovu rovnicu:
odkiaľ nájdeme hmotnosť vodnej pary: Molárna hmotnosť vodnej pary sa určuje rovnakým spôsobom ako molárna hmota voda . Preveďme jednotky do sústavy SI: objem nádoby, teplota pary. Poďme počítať: |
| Odpoveď | Hmotnosť vodnej pary v nádobe je 0,3 g. |
PRÍKLAD 2
| Cvičenie | V nádobe s objemom 1 liter sú voda, vodná para a dusík v rovnováhe pri teplote. Objem kvapalnej vody je oveľa menší ako objem nádoby. Tlak v nádobe je 300 kPa, atmosférický tlak je 100 kPa. Nájsť Celkom látky v plynnom stave. Aký je parciálny tlak dusíka v systéme? Aká je hmotnosť vodnej pary? Aká je hmotnosť dusíka? |
| Riešenie | Napíšme Mendelejevovu-Clapeyronovu rovnicu pre zmes plynov vodná para + dusík: odkiaľ nájdeme celkové množstvo látky v plynnom stave: Univerzálna plynová konštanta. Preveďme jednotky do sústavy SI: objem nádoby, tlak v nádobe, teplota. Poďme počítať:
Podľa Daltonovho zákona sa tlak v nádobe rovná súčtu parciálnych tlakov vodnej pary a dusíka: odkiaľ parciálny tlak dusíka: Pri teplote sa teda tlak nasýtených pár rovná atmosférickému. |
