Nesteiden haihtuminen. Tyydyttyneet ja tyydyttymättömät parit. Kyllästetyn höyryn paine. Ilman kosteus.

Haihtuminen- missä tahansa lämpötilassa tapahtuva höyrystyminen nesteen vapaalta pinnalta. Molekyylien kineettisen energian epätasainen jakautuminen lämpöliikkeen aikana johtaa siihen, että missä tahansa lämpötilassa joidenkin nesteen tai kiinteän aineen molekyylien kineettinen energia voi ylittää niiden potentiaalisen energian, joka liittyy niiden muihin molekyyleihin. Suurinopeuksisilla molekyyleillä on suurempi kineettinen energia, ja kehon lämpötila riippuu sen molekyylien liikkumisnopeudesta, joten haihtumiseen liittyy nesteen jäähtyminen. Haihtumisnopeus riippuu: avoimesta pinta-alasta, lämpötilasta, molekyylien pitoisuudesta nesteen lähellä.

Tiivistyminen- aineen siirtymisprosessi kaasumaisesta tilasta nestemäiseen tilaan.

Nesteen haihduttaminen suljetussa astiassa vakiolämpötilassa johtaa asteittaiseen kaasumaisessa tilassa olevan haihtuvan aineen molekyylien pitoisuuden lisääntymiseen. Jonkin ajan kuluttua haihdutuksen alkamisesta kaasumaisessa tilassa olevan aineen pitoisuus saavuttaa sellaisen arvon, jossa nesteeseen palaavien molekyylien määrä tulee yhtä suureksi kuin nesteestä samanaikaisesti poistuvien molekyylien lukumäärä. Aineen haihtumis- ja tiivistymisprosessien välille muodostuu dynaaminen tasapaino. Kaasumaisessa tilassa olevaa ainetta, joka on dynaamisessa tasapainossa nesteen kanssa, kutsutaan kylläiseksi höyryksi. (Höyry on kokoelma molekyylejä, jotka ovat poistuneet nesteestä haihtuessaan.) Höyryä, jonka paine on alle kyllästymisen, kutsutaan tyydyttymättömäksi.

Vesihöyryä ilmakehässä on aina vesihöyryä, koska vesi haihtuu jatkuvasti altaiden, maaperän ja kasvillisuuden pinnalta sekä ihmisten ja eläinten hengittämisestä. Siksi ilmakehän paine on kuivan ilman ja siinä olevan vesihöyryn paineen summa. Vesihöyryn paine on suurin, kun ilma on kyllästetty höyryllä. Tyydyttynyt höyry, toisin kuin tyydyttymätön höyry, ei noudata ihanteellisen kaasun lakeja. Siten kyllästyshöyryn paine ei riipu tilavuudesta, vaan riippuu lämpötilasta. Tätä riippuvuutta ei voida ilmaista yksinkertaisella kaavalla, joten kylläisen höyryn paineen lämpötilariippuvuutta koskevan kokeellisen tutkimuksen perusteella on koottu taulukoita, joiden avulla voidaan määrittää sen paine eri lämpötiloissa.

Ilmassa olevan vesihöyryn painetta tietyssä lämpötilassa kutsutaan absoluuttiseksi kosteudeksi tai vesihöyryn paineeksi. Koska höyrynpaine on verrannollinen molekyylien pitoisuuteen, absoluuttinen kosteus voidaan määritellä ilmassa olevan vesihöyryn tiheydeksi tietyssä lämpötilassa, joka ilmaistaan ​​kilogrammoina kuutiometriä kohden (p).

Suurin osa luonnossa havaittavista ilmiöistä, esimerkiksi haihtumisnopeus, erilaisten aineiden kuivuminen, kasvien kuivuminen, ei riipu ilmassa olevan vesihöyryn määrästä, vaan siitä, kuinka lähellä tämä määrä on kyllästymistä, eli suhteellisella kosteudella, joka luonnehtii ilman kyllästymisastetta vesihöyryllä. Alhaisissa lämpötiloissa ja korkeassa kosteudessa lämmönsiirto lisääntyy ja henkilö altistuu hypotermialle. Korkeissa lämpötiloissa ja kosteudessa lämmönsiirto päinvastoin vähenee jyrkästi, mikä johtaa kehon ylikuumenemiseen. Ihmisille edullisin ilmaston keskileveysasteilla on 40-60 % suhteellinen kosteus. Suhteellinen kosteus on ilmassa olevan vesihöyryn tiheyden (tai paineen) suhde tietyssä lämpötilassa vesihöyryn tiheyteen (tai paineeseen) samassa lämpötilassa, ilmaistuna prosentteina, ts.

Suhteellinen kosteus vaihtelee suuresti. Lisäksi suhteellisen kosteuden vuorokausivaihtelu on käänteinen lämpötilan vuorokausivaihtelulle. Päivän aikana lämpötilan noustessa ja siten kyllästyspaineen kasvaessa suhteellinen kosteus laskee, ja yöllä se kasvaa. Sama määrä vesihöyryä voi joko kyllästää tai ei kyllästää ilmaa. Ilman lämpötilaa alentamalla on mahdollista saada siinä oleva höyry kylläiseksi. Kastepiste on lämpötila, jossa ilmassa oleva höyry kyllästyy. Kun kastepiste saavutetaan ilmassa tai esineissä, joiden kanssa se joutuu kosketuksiin, vesihöyry alkaa tiivistyä. Ilman kosteuden määrittämiseen käytetään laitteita, joita kutsutaan hygrometreiksi ja psykrometreiksi.

Molekyylikineettinen teoria antaa paitsi ymmärtää, miksi aine voi olla kaasumaisessa, nestemäisessä ja kiinteässä tilassa, myös selittää aineen siirtymisprosessia tilasta toiseen.

Haihtuminen ja kondensaatio. Veden tai muun nesteen määrä avoimessa astiassa vähenee vähitellen. Tapahtuu nesteen haihtumista, jonka mekanismi on kuvattu luokan VII fysiikan aikana. Kaoottisen liikkeen aikana jotkut molekyylit hankkivat niin suuren kineettisen energian, että ne poistuvat nesteestä ja voittavat muiden molekyylien vetovoimat.

Samanaikaisesti haihtumisen kanssa tapahtuu käänteinen prosessi - satunnaisesti liikkuvien höyrymolekyylien osan siirtyminen nesteeksi. Tätä prosessia kutsutaan kondensaatioksi. Jos astia on auki, nesteestä lähteneet molekyylit eivät välttämättä palaa takaisin

nestettä. Näissä tapauksissa kondensaatio ei kompensoi haihtumista ja nesteen määrä vähenee. Kun ilmavirtaus astian yli kuljettaa muodostuneet höyryt pois, neste haihtuu nopeammin, koska höyrymolekyylillä on vähemmän mahdollisuuksia palata takaisin nesteeseen.

Tyydytetty höyry. Jos nestettä sisältävä astia on tiukasti suljettu, sen lasku pysähtyy pian. Vakiolämpötilassa "neste-höyry" -järjestelmä tulee termisen tasapainon tilaan ja pysyy siinä mielivaltaisen pitkään.

Ensimmäisellä hetkellä, kun neste on kaadettu astiaan ja suljettu, se haihtuu ja höyryn tiheys nesteen yläpuolella kasvaa. Kuitenkin samaan aikaan nesteeseen palaavien molekyylien määrä kasvaa. Mitä suurempi höyryn tiheys, sitä suurempi määrä höyrymolekyylejä palaa nesteeseen. Tämän seurauksena suljetussa astiassa vakiolämpötilassa dynaaminen (liikkuva) tasapaino nesteen ja höyryn välille muodostuu lopulta. Nesteen pinnalta poistuvien molekyylien määrä on yhtä suuri kuin nesteen samassa ajassa palaavien höyrymolekyylien määrä. Samanaikaisesti haihdutusprosessin kanssa tapahtuu kondensaatiota, ja molemmat prosessit keskimäärin kompensoivat toisiaan.

Höyryä, joka on dynaamisessa tasapainossa nesteensä kanssa, kutsutaan kylläiseksi höyryksi. Tämä nimi korostaa, että tietty tilavuus tietyssä lämpötilassa ei voi sisältää enemmän höyryä.

Jos ilmaa nestettä sisältävästä astiasta pumpataan aiemmin ulos, nesteen pinnan yläpuolella on vain tyydyttynyttä höyryä.

Kyllästetyn höyryn paine. Mitä kylläiselle höyrylle tapahtuu, jos sen varaama tilavuus pienenee, esimerkiksi puristamalla tasapainossa oleva höyry männän alla olevassa sylinterissä nesteen kanssa pitäen sylinterin sisällön lämpötilan vakiona?

Kun höyry puristetaan, tasapaino alkaa häiriintyä. Ensimmäisellä hetkellä höyryn tiheys kasvaa hieman, ja enemmän molekyylejä alkaa siirtyä kaasusta nesteeseen kuin nesteestä kaasuun. Tämä jatkuu, kunnes tasapaino ja tiheys ovat jälleen vakiintuneet, joten molekyylien pitoisuus ei ota samaa arvoa. Tyydyttyneiden höyrymolekyylien pitoisuus on siten riippumaton tilavuudesta vakiolämpötilassa.

Koska paine on verrannollinen pitoisuuteen kaavan mukaisesti, kylläisten höyryjen pitoisuuden (tai tiheyden) riippumattomuudesta tilavuudesta seuraa kylläisen höyryn paineen riippumattomuus sen varaamasta tilavuudesta.

Tilavuudesta riippumatonta höyrynpainetta, jossa neste on tasapainossa höyrynsä kanssa, kutsutaan kyllästymishöyryn paineeksi.

Kun tyydyttynyttä höyryä puristetaan, yhä suurempi osa siitä menee nestemäiseen tilaan. Tietyn massan nesteellä on pienempi tilavuus kuin saman massaisella höyryllä. Tämän seurauksena höyryn tilavuus vakiotiheydellä pienenee.

Olemme käyttäneet sanoja "kaasu" ja "höyry" monta kertaa. Kaasun ja höyryn välillä ei ole perustavanlaatuista eroa, ja nämä sanat ovat yleensä vastaavia. Mutta olemme tottuneet tiettyyn, suhteellisen pieneen ympäristön lämpötila-alueeseen. Sanaa "kaasu" käytetään yleensä sellaisiin aineisiin, joiden kyllästyshöyryn paine tavallisissa lämpötiloissa on ilmakehän paineita korkeampi (esimerkiksi hiilidioksidi). Päinvastoin, he puhuvat höyrystä, kun huoneenlämpötilassa kylläisen höyryn paine on pienempi kuin ilmakehän paine ja aine on stabiilimpi nestemäisessä tilassa (esimerkiksi vesihöyry).

Kyllästetyn höyryn paineen riippumattomuus tilavuudesta on osoitettu lukuisissa kokeissa nesteensä kanssa tasapainossa olevan höyryn isotermisestä puristamisesta. Olkoon aineen suurina määrinä kaasumaisessa tilassa. Isotermisen puristuksen kasvaessa sen tiheys ja paine kasvavat (isotermin AB leikkaus kuvassa 51). Kun paine saavutetaan, höyry alkaa tiivistyä. Lisäksi, kun kylläistä höyryä puristetaan, paine ei muutu ennen kuin kaikki höyry muuttuu nesteeksi (suora viiva BC kuvassa 51). Sen jälkeen paine puristuksen aikana alkaa nousta jyrkästi (käyrän segmentti, koska nesteet ovat vähän kokoonpuristuvia.

Kuvassa 51 esitettyä käyrää kutsutaan todelliseksi kaasuisotermiksi.

Nesteen kyllästyshöyryn paine kasvaa jyrkästi lämpötilan noustessa. Tämä näkyy kuvasta 12, jossa on esitetty joidenkin nesteiden höyrynpainekäyrät alkaen sulamispisteistä ja päättyen kriittisiin pisteisiin.

Riisi. 12. Joidenkin nesteiden kyllästyshöyrynpaineen riippuvuus lämpötilasta.

Nesteen kylläisen höyrynpaineen toiminnallinen riippuvuus lämpötilasta voidaan ilmaista yhtälöllä (IV, 5) ja kaukana kriittisestä lämpötilasta yhtälöllä (IV, 8).

Jos oletetaan, että haihtumislämpö (sublimaatio) on vakio pienellä lämpötila-alueella, voimme integroida yhtälön (IV, 8)

(IV, 9)

Esittämällä yhtälön (IV, 9) epämääräisenä integraalina saamme:

(IV, 10),

jossa C on integrointivakio.

Näiden yhtälöiden mukaisesti nesteen (tai kiteisen aineen) kylläisen höyrynpaineen riippuvuus lämpötilasta voidaan ilmaista suoralla koordinaatilla (tässä tapauksessa suoran kaltevuus on ). Tällainen riippuvuus tapahtuu vain tietyllä lämpötila-alueella, joka on kaukana kriittisestä.

Kuvassa 13 on esitetty joidenkin nesteiden kylläisen höyrynpaineen riippuvuus annetuissa koordinaateissa, mikä sopii tyydyttävästi suorille viivoille alueella 0-100°C.

Riisi. 13. Joidenkin nesteiden kylläisen höyrynpaineen logaritmin riippuvuus käänteislämpötilasta.

Yhtälö (IV, 10) ei kuitenkaan kata kylläisen höyryn paineen riippuvuutta lämpötilasta koko lämpötila-alueella - sulamislämpötilasta kriittiseen lämpötilaan. Toisaalta haihdutuslämpö riippuu lämpötilasta, ja integrointi tulisi suorittaa ottaen huomioon tämä riippuvuus. Toisaalta kylläistä höyryä korkeissa lämpötiloissa ei voida pitää ihanteellisena kaasuna, koska samalla sen paine kasvaa merkittävästi. Siksi yhtälö, joka kattaa riippuvuuden P = f(T) laajalla lämpötila-alueella, tulee väistämättä empiiriseksi.

ylikriittinen tila- aineen aggregoidun tilan neljäs muoto, johon monet orgaaniset ja epäorgaaniset aineet voivat kulkeutua.

Aineen ylikriittisen tilan havaitsi ensimmäisenä Cañar de la Tour vuonna 1822. Todellinen kiinnostus uutta ilmiötä kohtaan nousi vuonna 1869 T. Andrewsin kokeilujen jälkeen. Suorittamalla kokeita paksuseinäisissä lasiputkissa tutkija tutki CO 2:n ominaisuuksia, joka nesteytyy helposti nousevan paineen myötä. Tämän seurauksena hän havaitsi, että 31 °C:ssa ja 7.2 MPa, meniski - nesteen ja sen kanssa tasapainossa olevan höyryn erottava raja katoaa, kun taas järjestelmä muuttuu homogeeniseksi (homogeeniseksi) ja koko tilavuus on maidonvalkoisen opaalinvalkoisen nesteen muodossa. Lämpötilan edelleen noustessa siitä tulee nopeasti läpinäkyvä ja liikkuva, ja se koostuu jatkuvasti virtaavista suihkuista, jotka muistuttavat lämpimän ilman virtauksia lämmitetyn pinnan yli. Lämpötilan ja paineen nousu ei johtanut näkyviin muutoksiin.

Pistettä, jossa tällainen siirtymä tapahtuu, hän kutsui kriittiseksi, ja tämän pisteen yläpuolella olevaa aineen tilaa - ylikriittiseksi. Huolimatta siitä, että ulkoisesti tämä tila muistuttaa nestettä, sille käytetään nyt erityistä termiä - ylikriittinen neste (englannin sanasta nestettä, eli "voi virrata"). Nykyaikaisessa kirjallisuudessa ylikriittisten nesteiden lyhenne hyväksytään - SCF.

Kaasumaisen, nestemäisen ja kiinteän olomuodon alueita rajaavien viivojen sijainti sekä kolmoispisteen sijainti, jossa kaikki kolme aluetta yhtyvät, on kullekin aineelle yksilöllinen. Ylikriittinen alue alkaa kriittisestä pisteestä (merkitty tähdellä), jolle on välttämättä ominaista kaksi parametria - lämpötila ( T kr.) ja paine ( R cr.). Joko lämpötilan tai paineen lasku kriittisten arvojen alapuolelle vie aineen pois ylikriittisestä tilasta.

Kriittisen pisteen olemassaolo mahdollisti sen ymmärtämisen, miksi joitain kaasuja, esimerkiksi vetyä, typpeä ja happea, ei voitu saada nestemäisessä muodossa nousevalla paineella pitkään aikaan, minkä vuoksi niitä kutsuttiin pysyviksi kaasuiksi. (latinasta permanentis- "vakio"). Yllä oleva kaavio osoittaa, että nestefaasin olemassaoloalue sijaitsee kriittisen lämpötilaviivan vasemmalla puolella. Siten kaasun nesteyttämiseksi se on ensin jäähdytettävä kriittisen lämpötilan alapuolelle. CO 2:lla on kriittinen lämpötila huoneenlämpötilaa korkeammalla, joten se voidaan nesteyttää näissä olosuhteissa painetta nostamalla. Typellä on paljon alhaisempi kriittinen lämpötila, -239,9 °C, joten jos puristat typpeä normaaleissa olosuhteissa, voit lopulta saavuttaa ylikriittisen alueen, mutta nestemäistä typpeä ei voi muodostua. Ensin on tarpeen jäähdyttää typpi kriittisen lämpötilan alapuolelle ja sitten painetta nostamalla päästä alueelle, jossa nesteen olemassaolo on mahdollista. Vedyn ja hapen kohdalla tilanne on samanlainen (kriittiset lämpötilat ovat -118,4°C ja -147°C), joten ennen nesteyttämistä ne jäähdytetään kriittisen lämpötilan alapuolelle ja vasta sitten nostetaan painetta. Ylikriittinen tila on mahdollista useimmille aineille, on vain välttämätöntä, että aine ei hajoa kriittisessä lämpötilassa. Ilmoitettuihin aineisiin verrattuna veden kriittinen piste saavutetaan erittäin vaikeasti: t kr\u003d 374,2 °C ja R cr = 21,4 MPa.

Kriittinen piste tunnistetaan aineen tärkeäksi fysikaaliseksi parametriksi, samaksi kuin sulamis- tai kiehumispiste. SCF:n tiheys on poikkeuksellisen alhainen, esimerkiksi SCF-tilassa olevan veden tiheys on kolme kertaa pienempi kuin normaalioloissa. Kaikilla SCF:illä on erittäin alhainen viskositeetti.

Ylikriittiset nesteet ovat nesteen ja kaasun risteytystä. Ne voivat puristua kuin kaasut (tavalliset nesteet ovat käytännössä kokoonpuristumattomia) ja samalla ne pystyvät liuottamaan monia aineita kiinteässä ja nestemäisessä tilassa, mikä on epätavallista kaasuille. Ylikriittinen etanoli (yli 234 °C:n lämpötiloissa) liuottaa erittäin helposti joitakin epäorgaanisia suoloja (CoCl 2, KBr, KI). Hiilidioksidi, typpioksiduuli, eteeni ja jotkut muut kaasut SCF-tilassa saavat kyvyn liuottaa monia orgaanisia aineita - steariinihappoa, parafiinia, naftaleeniä. Ylikriittisen CO 2:n ominaisuuksia liuottimena voidaan hallita - paineen noustessa sen liukenemiskyky kasvaa jyrkästi.

Ylikriittisiä nesteitä alettiin käyttää laajalti vasta 1980-luvulla, jolloin yleinen teollisuuden kehitystaso teki SFR-laitteistot laajalti saataville. Siitä hetkestä lähtien ylikriittisten teknologioiden intensiivinen kehitys alkoi. SCF:t eivät ole vain hyviä liuottimia, vaan myös aineita, joilla on korkea diffuusiokerroin, ts. ne tunkeutuvat helposti erilaisten kiinteiden aineiden ja materiaalien syviin kerroksiin. Ylikriittisellä CO 2:lla oli laajin käyttökohde, joka osoittautui liuottimeksi useille orgaanisille yhdisteille. Hiilidioksidista on tullut johtava ylikriittisten teknologioiden maailmassa, kuten on koko joukko etuja. Se on melko helppo siirtää ylikriittiseen tilaan ( t kr-31 ° С, R cr – 73,8 atm.), lisäksi se on myrkytön, syttymätön, räjähtämätön, lisäksi se on halpa ja saatavilla. Minkä tahansa tekniikan näkökulmasta se on ihanteellinen komponentti missä tahansa prosessissa. Se on erityisen houkutteleva, koska se on olennainen osa ilmakehän ilmaa ja siksi se ei saastuta ympäristöä. Ylikriittistä CO 2:ta voidaan pitää ympäristön kannalta ehdottoman puhtaana liuottimena.

Nyt on kehittynyt kaksi itsenäistä ylikriittisten nesteiden käyttösuuntaa, jotka elävät tuottavasti rinnakkain. Nämä kaksi suuntaa eroavat näiden ylikriittisten välineiden avulla saavutettavien lopullisten tavoitteiden suhteen. Ensimmäisessä tapauksessa SCF:itä käytetään tarvittavien aineiden erottamiseen erilaisista materiaaleista, tuotteista tai tuotantojätteistä. Ja tässä on valtava taloudellinen kiinnostus. Toisessa tapauksessa SCF:ää käytetään suoraan arvokkaiden, usein uusien kemiallisten muutosten toteuttamiseen. On korostettava, että SCF:n edut uuttoaineina johtuvat ensisijaisesti siitä, että ne pystyvät liuottamaan erittäin tehokkaasti ei-polaarisia yhdisteitä, mukaan lukien kiinteät aineet. Tätä pääetua lisää jyrkästi SCF:ien korkea diffuusio, jonka olemme jo maininneet, ja niiden poikkeuksellisen alhainen viskositeetti. Molemmat jälkimmäiset ominaisuudet johtavat siihen, että uuttonopeus tulee erittäin korkeaksi. Otetaan vain muutamia esimerkkejä.

Siten voiteluöljyjen asfaltinpoisto suoritetaan käyttämällä ylikriittistä propaania. Raakaöljy liukenee ylikriittiseen propaaniin paineessa, joka on huomattavasti korkeampi kuin R cr. Tässä tapauksessa kaikki siirtyy liuokseen, paitsi raskaat asfalttifraktiot. Superkriittisen nesteen ja asfalttifraktion välisen suuren viskositeettieron vuoksi mekaaninen erottaminen on erittäin helppoa. Sitten ylikriittinen liuos tulee paisuntasäiliöihin, joissa paine laskee vähitellen, pysyen kuitenkin korkeampana R cr viimeiseen tankkiin asti. Näissä säiliöissä asteittain kevyempiä öljyjen epäpuhtausfraktioita erotetaan peräkkäin liuoksesta, koska niiden liukoisuus vähenee paineen alenemisen myötä. Faasien erottaminen kussakin näistä säiliöistä on jälleen erittäin helppoa niiden viskositeettien jyrkän eron vuoksi. Viimeisen säiliön paine on alhaisempi R cr, propaani haihtuu, minkä seurauksena ei-toivotuista epäpuhtauksista puhdistettua öljyä vapautuu.

Kofeiinia, sydän- ja verisuonijärjestelmän toimintaa tehostavaa lääkettä, saadaan kahvipavuista myös ilman niitä esijauhettua. Uuton täydellisyys saavutetaan SCF:n korkean läpäisykyvyn ansiosta. Jyvät asetetaan autoklaaviin - säiliöön, joka kestää kohonnutta painetta, sitten siihen syötetään kaasumaista CO 2:ta, sitten luodaan tarvittava paine (> 73 atm.), seurauksena CO 2 siirtyy ylikriittiseen tilaan. Kaikki sisältö sekoitetaan, minkä jälkeen neste yhdessä liuenneen kofeiinin kanssa kaadetaan avoimeen astiaan. Hiilidioksidi muuttuu ilmakehän paineessa kaasuksi ja lentää ilmakehään, ja uutettu kofeiini jää avoimeen astiaan puhtaassa muodossaan.

Tällä hetkellä H2:n korkea liukoisuus ylikriittisiin nesteisiin on erittäin käytännönläheistä, koska käyttökelpoiset hydrausprosessit ovat hyvin yleisiä. Esimerkiksi ylikriittisessä tilassa olevan CO 2:n katalyyttiseen hydraukseen on kehitetty tehokas menetelmä, joka johtaa muurahaishapon muodostumiseen. Prosessi on erittäin nopea ja puhdas.

Tällä oppitunnilla analysoimme jonkin verran tietyn kaasukylläisen höyryn ominaisuuksia. Määrittelemme tämän kaasun, osoitamme, kuinka se pohjimmiltaan eroaa aiemmin tarkastelemistamme ideaalikaasuista, ja tarkemmin sanottuna, kuinka tyydyttyneen kaasun paineen riippuvuus eroaa. Myös tässä oppitunnissa tarkastellaan ja kuvataan sellaista prosessia kuin keittäminen.

Ymmärtääksesi kylläisen höyryn ja ihanteellisen kaasun väliset erot, sinun on kuviteltava kaksi koetta.

Otetaan ensin hermeettisesti suljettu astia vedellä ja aloitetaan sen lämmitys. Lämpötilan noustessa nesteen molekyyleillä on kasvava kineettinen energia ja kasvava määrä molekyylejä pääsee poistumaan nesteestä (ks. kuva 2), minkä vuoksi höyryn pitoisuus kasvaa ja näin ollen sen paine. Ensimmäinen sijoitus siis:

Kyllästetyn höyryn paine riippuu lämpötilasta

Riisi. 2.

Tämä säännös on kuitenkin melko odotettu eikä niin mielenkiintoinen kuin seuraava. Jos asetat nesteen kyllästetyllä höyryllä liikkuvan männän alle ja alat laskea tätä mäntää, kylläisen höyryn pitoisuus epäilemättä kasvaa tilavuuden pienenemisen vuoksi. Jonkin ajan kuluttua höyry kuitenkin siirtyy nesteen mukana uuteen dynaamiseen tasapainoon kondensoimalla ylimääräistä höyryä, eikä paine lopulta muutu. Kyllästetyn höyryn teorian toinen asema:

Tyydyttyneen höyryn paine ei riipu tilavuudesta

Nyt on huomattava, että kylläisen höyryn paine, vaikka se riippuu lämpötilasta, kuten ihanteellinen kaasu, mutta tämän riippuvuuden luonne on hieman erilainen. Tosiasia on, että kuten tiedämme MKT:n perusyhtälöstä, kaasun paine riippuu sekä lämpötilasta että kaasun pitoisuudesta. Ja siksi kylläisen höyryn paine riippuu lämpötilasta epälineaarisesti, kunnes höyrypitoisuus kasvaa, eli kunnes kaikki neste on haihtunut. Alla oleva kaavio (kuva 3) näyttää kylläisen höyryn paineen riippuvuuden luonteesta lämpötilasta,

Riisi. 3

lisäksi siirtyminen epälineaarisesta osasta lineaariseen tarkoittaa vain koko nesteen haihtumispistettä. Koska tyydyttyneen kaasun paine riippuu vain lämpötilasta, on mahdollista täysin yksiselitteisesti määrittää, mikä tyydyttyneen höyryn paine on tietyssä lämpötilassa. Nämä suhteet (sekä kylläisen höyryn tiheyden arvot) on lueteltu erityisessä taulukossa.

Kääntäkäämme nyt huomiomme niin tärkeään fysikaaliseen prosessiin kuin keittäminen. Kahdeksannella luokalla kiehuminen määriteltiin jo haihdutusta voimakkaammaksi höyrystymisprosessiksi. Laajennamme nyt tätä käsitettä hieman.

Määritelmä. Kiehuva- nesteen koko tilavuudessa tapahtuva höyrystymisprosessi. Mikä on kiehumismekanismi? Tosiasia on, että veteen on aina liuennutta ilmaa, ja lämpötilan nousun seurauksena sen liukoisuus laskee ja muodostuu mikrokuplia. Koska astian pohja ja seinämät eivät ole täysin sileitä, nämä kuplat tarttuvat astian sisäpuolen epätasaisuuksiin. Nyt vesi-ilma-osio ei ole vain veden pinnalla, vaan myös vesitilavuuden sisällä, ja vesimolekyylit alkavat kulkeutua kupliin. Siten kuplien sisään ilmestyy kylläistä höyryä. Lisäksi nämä kuplat alkavat kellua lisäämällä tilavuutta ja ottamalla sisäänsä suuremman määrän vesimolekyylejä ja räjähtää pintaan vapauttaen kylläistä höyryä ympäristöön (kuva 4).

Riisi. 4. Kiehumisprosessi ()

Näiden kuplien muodostumisen ja nousun ehto on seuraava epäyhtälö: kylläisen höyryn paineen on oltava suurempi tai yhtä suuri kuin ilmakehän paine.

Siten, koska kylläisen höyryn paine riippuu lämpötilasta, kiehumispiste määräytyy ympäristön paineen mukaan: mitä alhaisempi se on, sitä alhaisempi lämpötila, jossa neste kiehuu, ja päinvastoin.

Seuraavalla oppitunnilla alamme pohtia jäykkien kappaleiden ominaisuuksia.

Bibliografia

1. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z. Molekyylifysiikka. Termodynamiikka. - M.: Bustard, 2010.
2. Gendenstein L.E., Dick Yu.I. Fysiikan luokka 10. - M.: Ileksa, 2005.
3. Kasyanov V.A. Fysiikan luokka 10. - M.: Bustard, 2010.

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

Kotitehtävät

1. Sivu 74: nro 546-550. Fysiikka. Tehtäväkirja. 10-11 luokkaa. Rymkevich A.P. - M.: Bustard, 2013. ()
2. Miksi kiipeilijät eivät voi keittää munia korkeudessa?
3. Millä tavoilla voit jäähdyttää kuumaa teetä? Perustele ne fysiikan kannalta.
4. Miksi polttimen kaasun painetta pitäisi alentaa veden kiehumisen jälkeen?
5. * Kuinka vesi voidaan lämmittää yli sadan celsiusasteen?

Jos haluat käyttää esitysten esikatselua, luo Google-tili (tili) ja kirjaudu sisään: https://accounts.google.com

Diojen kuvatekstit:

Tyydytetty höyry. Kyllästetyn höyryn paineen riippuvuus lämpötilasta. Kosteus. Guseva N.P. MOU lukio nro 41, Saratov

HAIHDYTUS Aineen siirtymisprosessi nestemäisestä tilasta kaasumaiseen tilaan on haihtuminen; käänteistä prosessia kutsutaan kondensaatioksi; Haihtumista tapahtuu missä tahansa muussa lämpötilassa kuin absoluuttisessa nollassa; nesteen haihtumisnopeus riippuu lämpötilasta, haihdutetun pinnan pinta-alasta, nesteen tyypistä ja tuulesta.

KIEHUUS - nesteen koko tilavuudessa tapahtuva höyrystymisprosessi. Kiehumispiste on nesteen lämpötila, jossa sen kylläisen höyryn paine on yhtä suuri tai suurempi kuin ulkoinen paine. Kiehumisen ylläpitämiseksi nesteeseen on syötettävä lämpöä, joka kuluu höyrystymiseen, koska höyryn sisäenergia on suurempi kuin saman massaisen nesteen sisäenergia. Kiehumisprosessin aikana nesteen lämpötila pysyy vakiona.

Höyry on haihtuneiden nestemolekyylien muodostama kaasu. Sille pätee yhtälö p \u003d nkT. Suurin ero ihanteellisen kaasun ja kylläisen höyryn käyttäytymisessä: kun höyryn lämpötila suljetussa astiassa muuttuu (tai kun tilavuus muuttuu vakiolämpötilassa), höyryn massa muuttuu. Neste muuttuu osittain höyryksi tai päinvastoin höyry osittain kondensoituu. Mitään tällaista ei tapahdu ihanteellisen kaasun kanssa.

Kyllästetyn höyryn pääominaisuus on, että höyrynpaine vakiolämpötilassa ei riipu tilavuudesta. Kun kaikki neste on haihtunut, höyry lakkaa edelleen kuumennettaessa kyllästymästä ja sen paine vakiotilavuudessa kasvaa suoraan suhteessa absoluuttiseen lämpötilaan (ks. kuva 11.1, BC-käyrän leikkaus). p = nkT

Missä olosuhteissa kiehuminen alkaa? Nesteessa on aina liuenneita kaasuja, jotka vapautuvat astian pohjalle ja seinille sekä nesteeseen suspendoituneisiin pölyhiukkasiin, jotka ovat höyrystymiskeskuksia. Kuplien sisällä olevat nestehöyryt ovat kylläisiä. Lämpötilan noustessa höyrynpaine kasvaa ja kuplien koko kasvaa. Kelluvan voiman vaikutuksesta ne kelluvat ylös. Kiehuminen alkaa, kun kylläisen höyryn paine kuplien sisällä on yhtä suuri ja suurempi kuin nestepatsaan ulkoinen paine ja hydrostaattinen paine.

Mitä suurempi ulkoinen paine, sitä korkeampi kiehumispiste. Joten höyrykattilassa, jonka paine on 1,6 10 6 Pa, vesi ei kiehu edes 200 °C:n lämpötilassa. Lääkintälaitoksissa hermeettisesti suljetuissa astioissa - autoklaaveissa (kuva 11.2) vesi kiehuu myös korotetussa paineessa. Siksi nesteen kiehumispiste on paljon korkeampi kuin 100 °C. Autoklaaveja käytetään kirurgisten instrumenttien jne. sterilointiin.

Alentamalla ulkoista painetta alennamme siten kiehumispistettä. Pumppaamalla ulos ilmaa ja vesihöyryä pullosta saat veden kiehumaan huoneenlämpöiseksi (kuva 11.3). Kun kiipeät vuorille, ilmanpaine laskee, joten kiehumispiste laskee. 7134 metrin korkeudessa (Leninin huippu Pamirissa) paine on suunnilleen sama (300 mm Hg). Vesi kiehuu siellä noin 70°C:ssa. Lihan kypsentäminen näissä olosuhteissa on mahdotonta.

Mitä prosessia kutsutaan haihdutukseksi? Mitkä tekijät vaikuttavat nesteen haihtumisnopeuteen? Mitä prosessia kutsutaan kondensaatioksi? Miten selittää haihdutusprosessit MKT:n näkökulmasta? Miksi haihtumiseen liittyy nesteen lämpötilan lasku?

5. Miksi nesteen lämpötila ei muutu kiehumisen aikana, vaikka neste saa edelleen energiaa lämmittimestä? 6. Mikä voima nostaa kuplat nesteen pintaan? 7. Onko mahdollista saada vesi kiehumaan alle 100°C:n lämpötilassa?

ILMAN KOSTEUS Maan ilmakehässä on 13 - 15 tuhatta km 3 vettä pisaroiden, kiteiden ja vesihöyryn muodossa. Ilmassa olevan vesihöyryn määrää kutsutaan kosteudeksi. Kosteudelle on tunnusomaista: osapaine (p) - paine, jonka vesihöyry tuottaisi, jos kaikkia muita kaasuja ei olisi läsnä; suhteellinen kosteus (φ) - ilmassa olevan vesihöyryn osapaineen p suhde tietyssä lämpötilassa tyydyttyneen höyryn paineeseen p samassa lämpötilassa

Sääennuste näyttää suhteellisen kosteuden arvon prosentteina! Suhteellinen kosteus osoittaa, kuinka lähellä ilman vesihöyrypitoisuus on kylläisyyttä. Kun suhteellinen kosteus on 100 %, ilmassa on kylläistä vesihöyryä. Sekä liiallinen kuiva ilma että korkea kosteus ovat haitallisia ihmisten terveydelle. Miellyttävin ilmankosteus ihmiselle on välillä 40-60%.