प्राकृतिक परिस्थितियों में भाप को गैस माना जाता है। वह हो सकता है धनीऔर असंतृप्त, जो इसके घनत्व, तापमान और दबाव पर निर्भर करता है।

अपने स्वयं के तरल के साथ गतिशील संतुलन में वाष्प है धनी.

तरल और वाष्प के बीच गतिशील संतुलन तब होता है जब तरल की मुक्त सतह से उत्सर्जित अणुओं की संख्या उसमें लौटने वाले अणुओं की संख्या के बराबर होती है।

एक खुले बर्तन में, गतिशील संतुलन गड़बड़ा जाता है, और वाष्प बन जाता है असंतृप्त, चूंकि एक निश्चित संख्या में अणु वायुमंडल में वाष्पित हो जाते हैं और तरल में वापस नहीं आते हैं।

संतृप्त भाप तरल की मुक्त सतह के ऊपर एक बंद बर्तन में बनता है।

तर-बतरऔर असंतृप्त भापअलग-अलग गुण हैं। आइए उन्हें एक्सप्लोर करें।

चावल। 3.2. इज़ोटेर्मल वाष्प संपीड़न

अणु सांद्रता संतृप्त भापइसकी मात्रा पर निर्भर नहीं करता है।

रहने दो असंतृप्त भापतापमान पर टीएक पिस्टन के साथ एक सिलेंडर में स्थित है (चित्र। 3.2)। आइए एक इज़ोटेर्मल प्रक्रिया (अनुभाग एबी) सुनिश्चित करने के लिए इसे धीरे-धीरे संपीड़ित करना शुरू करें। सबसे पहले, यदि वाष्प काफी दुर्लभ है, तो आयतन पर दबाव की निर्भरता एक आदर्श गैस के लिए बॉयल-ला-मैरियट के नियम के अनुरूप होगी: पीवी= स्थिरांक फिर भी, असंतृप्त भाप की मात्रा में कमी (इसके घनत्व में वृद्धि) के साथ, इससे विचलन देखा जाने लगता है। वाष्प के आगे इज़ोटेर्मल संपीड़न इस तथ्य की ओर जाता है कि यह संघनित होना शुरू हो जाता है (बिंदु बी), सिलेंडर में तरल बूंदें बनती हैं और वाष्प संतृप्त हो जाती है। इसका घनत्व, और इसलिए अणुओं की सांद्रता, किसी दिए गए तापमान के लिए अधिकतम मान प्राप्त कर लेती है। वे संतृप्त भाप के कब्जे वाले आयतन पर निर्भर नहीं करते हैं और इसके दबाव और तापमान से निर्धारित होते हैं।

संकुचित होने पर संतृप्त भाप(सेक्शन बीसी) इसका दबाव नहीं बदलेगा ( पी =कॉन्स्ट)। यह इस तथ्य के कारण है कि मात्रा में कमी के साथ, संतृप्त वाष्प संघनित होता है, एक तरल बनाता है। सिलेंडर के आयतन में इसका हिस्सा हर समय बढ़ता है, और संतृप्त भाप का आयतन कम हो जाता है। यह तब तक जारी रहता है जब तक कि सभी संतृप्त वाष्प द्रवित नहीं हो जाती (बिंदु C)।

आयतन में और कमी के कारण दबाव (सेक्शन डीसी) में तेजी से वृद्धि होती है, क्योंकि तरल पदार्थ लगभग संकुचित नहीं होते हैं। साइट से सामग्री

तो, समतापी संपीड़न के तहत असंतृप्त भापपहले (कम घनत्व पर) यह एक आदर्श गैस के गुणों को प्रदर्शित करता है। भाप कब बनती है धनी, इसकी संपत्तियां अन्य कानूनों के अधीन हैं। विशेष रूप से, कम तापमान पर, इसकी स्थिति लगभग समीकरण द्वारा वर्णित है पी = एनकेटी,जब अणुओं की सांद्रता गैस के आयतन पर निर्भर नहीं करती है। दबाव ग्राफ पीमात्रा से वी,अंजीर में दिखाया गया है। 3.2, कहा जाता है वास्तविक गैसों का समताप मंडल.

वास्तविक गैस समताप द्रव के साथ इसकी संतुलन अवस्था की विशेषताएँ बताइए। उनकी अनुकूलता आपको दबाव की निर्भरता निर्धारित करने की अनुमति देती है संतृप्त भापतापमान से।

इस पृष्ठ पर, विषयों पर सामग्री:

• असंतृप्त वाष्प की समतापी दाब वृद्धि

• आणविक दृष्टिकोण से संतृप्त भाप की विशेषता क्या है?

• संतृप्त भाप और उसके गुण संक्षेप में

• आणविक दृष्टिकोण से संतृप्त भाप की विशेषता क्या है?

• आणविक दृष्टिकोण से संतृप्त गैस की विशेषता क्या है?

इस मद के बारे में प्रश्न:

यदि पानी का एक खुला गिलास लंबे समय तक छोड़ दिया जाता है, तो अंततः पानी पूरी तरह से वाष्पित हो जाएगा। अधिक जैसे यह वाष्पित हो जाएगा। वाष्पीकरण क्या है और यह क्यों होता है?

2.7.1 वाष्पीकरण और संघनन

किसी दिए गए तापमान पर, तरल के अणुओं में अलग-अलग वेग होते हैं। अधिकांश अणुओं के वेग कुछ औसत मान (इस तापमान की विशेषता) के करीब होते हैं। लेकिन ऐसे अणु होते हैं जिनके वेग औसत से काफी भिन्न होते हैं, ऊपर और नीचे दोनों।

अंजीर पर। 2.16 वेग द्वारा द्रव अणुओं के वितरण का एक अनुमानित ग्राफ दिखाता है। नीली पृष्ठभूमि उन अधिकांश अणुओं को दिखाती है जिनके वेग औसत मान के आसपास समूहीकृत होते हैं। ग्राफ का लाल "पूंछ" "तेज" अणुओं की एक छोटी संख्या है, जिनके वेग तरल अणुओं के थोक की औसत गति से काफी अधिक हैं।

अणुओं की संख्या

तेज अणु

अणु गति

चावल। 2.16. अणुओं का वेग वितरण

जब इतना तेज़ अणु तरल की मुक्त सतह पर होता है (अर्थात, तरल और वायु के बीच अंतरफलक पर), तो इस अणु की गतिज ऊर्जा अन्य अणुओं की आकर्षक शक्तियों को दूर करने और तरल से बाहर निकलने के लिए पर्याप्त हो सकती है। यह प्रक्रिया वाष्पीकरण है, और अणु जो तरल को वाष्प बनाते हैं।

तो, वाष्पीकरण एक तरल को वाष्प में बदलने की प्रक्रिया है, जो तरल की मुक्त सतह पर होती है।

ऐसा हो सकता है कि कुछ समय बाद वाष्प का अणु वापस द्रव में वापस आ जाए।

वाष्प के अणुओं के द्रव में संक्रमण की प्रक्रिया संघनन कहलाती है। वाष्प संघनन तरल वाष्पीकरण की विपरीत प्रक्रिया है।

2.7.2 गतिशील संतुलन

क्या होता है यदि तरल के एक कंटेनर को भली भांति बंद करके सील कर दिया जाता है? तरल सतह के ऊपर वाष्प घनत्व बढ़ने लगेगा; वाष्प के कण तेजी से अन्य तरल अणुओं को बाहर उड़ने से रोकेंगे, और वाष्पीकरण की दर कम हो जाएगी। उसी समय शुरू होगा

7 विशेष परिस्थितियों में, द्रव का वाष्प में परिवर्तन पूरे द्रव के पूरे आयतन में हो सकता है। यह प्रक्रिया, यह उबलना, आप अच्छी तरह से जानते हैं।

पी एन = एन आरटी:

संघनन की दर बढ़ जाती है, क्योंकि वाष्प की सांद्रता में वृद्धि के साथ, तरल में लौटने वाले अणुओं की संख्या अधिक से अधिक हो जाएगी।

अंत में, किसी बिंदु पर, संक्षेपण की दर वाष्पीकरण की दर के बराबर होगी। तरल और वाष्प के बीच एक गतिशील संतुलन आ जाएगा: प्रति इकाई समय में, जितने अणु तरल से बाहर निकलेंगे, वे वाष्प से वापस आएंगे। इस क्षण से, तरल की मात्रा कम होना बंद हो जाएगी, और वाष्प की मात्रा बढ़ जाएगी; भाप 'संतृप्ति' तक पहुंच जाएगी।

संतृप्त भाप भाप है जो अपने तरल के साथ गतिशील संतुलन में है। एक वाष्प जो तरल के साथ गतिशील संतुलन की स्थिति तक नहीं पहुंची है, असंतृप्त कहलाती है।

संतृप्त वाष्प के दबाव और घनत्व को pn in में दर्शाया जाता है। जाहिर है, पीएन इन अधिकतम दबाव और घनत्व है जो किसी दिए गए तापमान पर भाप हो सकता है। दूसरे शब्दों में, संतृप्त वाष्प का दबाव और घनत्व हमेशा असंतृप्त वाष्प के दबाव और घनत्व से अधिक होता है।

2.7.3 संतृप्त भाप गुण

यह पता चला है कि संतृप्त भाप (विशेष रूप से असंतृप्त भाप) की स्थिति को लगभग एक आदर्श गैस की स्थिति (मेंडेलीव के क्लैपेरॉन समीकरण) के समीकरण द्वारा वर्णित किया जा सकता है। विशेष रूप से, हमारे पास संतृप्त वाष्प दबाव और इसके घनत्व के बीच एक अनुमानित संबंध है:

यह एक बहुत ही आश्चर्यजनक तथ्य है, जिसकी पुष्टि प्रयोग द्वारा की जाती है। दरअसल, इसके गुणों में, संतृप्त भाप एक आदर्श गैस से काफी भिन्न होती है। हम इनमें से सबसे महत्वपूर्ण अंतरों को सूचीबद्ध करते हैं।

1. स्थिर तापमान पर, संतृप्त वाष्प का घनत्व इसके आयतन पर निर्भर नहीं करता है।

यदि, उदाहरण के लिए, संतृप्त वाष्प को समतापीय रूप से संकुचित किया जाता है, तो इसका घनत्व पहले क्षण में बढ़ जाएगा, संक्षेपण की दर वाष्पीकरण की दर से अधिक हो जाएगी, और वाष्प का हिस्सा तरल में संघनित हो जाएगा जब तक कि गतिशील संतुलन फिर से नहीं पहुंच जाता है, जिसमें वाष्प घनत्व अपने पिछले मान पर वापस आ जाता है।

इसी तरह, संतृप्त वाष्प के इज़ोटेर्मल विस्तार के दौरान, पहले क्षण में इसका घनत्व कम हो जाएगा (वाष्प असंतृप्त हो जाएगा), वाष्पीकरण दर संक्षेपण दर से अधिक हो जाएगी, और तरल अतिरिक्त रूप से वाष्पित हो जाएगा जब तक कि गतिशील संतुलन फिर से स्थापित नहीं हो जाता है, अर्थात, जब तक वाष्प फिर से उसी घनत्व के साथ संतृप्त हो जाती है।

2. संतृप्त वाष्प दाब इसके आयतन पर निर्भर नहीं करता है।

यह इस तथ्य से अनुसरण करता है कि संतृप्त वाष्प का घनत्व मात्रा पर निर्भर नहीं करता है, और दबाव विशिष्ट रूप से समीकरण (2.6) द्वारा घनत्व से संबंधित है।

जैसा कि आप देख सकते हैं, बॉयल मैरियट का नियम, जो आदर्श गैसों के लिए मान्य है, संतृप्त भाप के लिए मान्य नहीं है। यह आश्चर्य की बात नहीं है क्योंकि यह मेंडेलीव के क्लैपेरॉन समीकरण से इस धारणा के तहत लिया गया है कि गैस का द्रव्यमान स्थिर रहता है।

3. स्थिर आयतन पर, संतृप्त वाष्प का घनत्व बढ़ते तापमान के साथ बढ़ता है और घटते तापमान के साथ घटता है।

दरअसल, जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, तरल के वाष्पीकरण की दर बढ़ती जाती है। पहले क्षण में गतिशील संतुलन गड़बड़ा जाता है, और एक अतिरिक्त

कुछ तरल का वाष्पीकरण। जोड़ी को तब तक जोड़ा जाएगा जब तक कि गतिशील संतुलन फिर से बहाल नहीं हो जाता।

उसी तरह, जैसे-जैसे तापमान घटता है, तरल के वाष्पीकरण की दर कम होती जाती है, और वाष्प का हिस्सा तब तक संघनित होता है जब तक कि गतिशील संतुलन बहाल नहीं हो जाता, लेकिन कम वाष्प के साथ।

इस प्रकार, आइसोकोरिक हीटिंग या संतृप्त भाप के ठंडा होने के दौरान, इसका द्रव्यमान बदल जाता है, इसलिए इस मामले में चार्ल्स का नियम काम नहीं करता है। तापमान पर संतृप्ति वाष्प दबाव की निर्भरता अब एक रैखिक कार्य नहीं होगी।

4. संतृप्त वाष्प दाब तापमान के साथ रैखिक रूप से तेजी से बढ़ता है।

दरअसल, बढ़ते तापमान के साथ, संतृप्त वाष्प का घनत्व बढ़ता है, और समीकरण (2.6) के अनुसार, दबाव घनत्व और तापमान के उत्पाद के समानुपाती होता है।

तापमान पर संतृप्त वाष्प के दबाव की निर्भरता घातीय है (चित्र। 2.17)। इसे ग्राफ के खंड 1-2 द्वारा दर्शाया गया है। यह निर्भरता एक आदर्श गैस के नियमों से प्राप्त नहीं की जा सकती।

आइसोकोर भाप

चावल। 2.17. भाप का दबाव बनाम तापमान

बिंदु 2 पर, सभी तरल वाष्पित हो जाते हैं; तापमान में और वृद्धि के साथ, वाष्प असंतृप्त हो जाती है, और इसका दबाव चार्ल्स कानून (खंड 2-3) के अनुसार रैखिक रूप से बढ़ता है।

याद रखें कि एक आदर्श गैस के दबाव में रैखिक वृद्धि बर्तन की दीवारों पर अणुओं के प्रभाव की तीव्रता में वृद्धि के कारण होती है। एक संतृप्त वाष्प को गर्म करने के मामले में, अणु न केवल अधिक मजबूत होने लगते हैं, बल्कि अधिक बार, क्योंकि वाष्प बड़ा हो जाता है। इन दो कारकों की एक साथ कार्रवाई से संतृप्ति वाष्प दबाव में घातीय वृद्धि हुई है।

2.7.4 हवा में नमीं

निरपेक्ष आर्द्रता हवा में जल वाष्प का आंशिक दबाव है (अर्थात, वह दबाव जो जल वाष्प अन्य गैसों की अनुपस्थिति में अपने आप लागू होगा)। कभी-कभी पूर्ण आर्द्रता को वायु में जलवाष्प का घनत्व भी कहा जाता है।

सापेक्ष आर्द्रता "इसमें जल वाष्प के आंशिक दबाव का अनुपात समान तापमान पर संतृप्त जल वाष्प के दबाव से होता है। एक नियम के रूप में, यह है

अनुपात प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है:

"= पी 100%: पीएन

मेंडेलीव-क्लैपेरॉन समीकरण (2.6) से यह निम्नानुसार है कि वाष्प दबावों का अनुपात घनत्व के अनुपात के बराबर है। चूंकि समीकरण (2.6), हम याद करते हैं, संतृप्त भाप का केवल लगभग वर्णन करता है, हमारे पास अनुमानित संबंध है:

"= 100%: n

एक साइकोमीटर एक ऐसा उपकरण है जो हवा की नमी को मापता है। इसमें दो थर्मामीटर शामिल हैं, जिनमें से एक का जलाशय गीले कपड़े में लपेटा जाता है। आर्द्रता जितनी कम होगी, कपड़े से पानी का वाष्पीकरण उतना ही तीव्र होगा, "गीले" थर्मामीटर का भंडार उतना ही अधिक ठंडा होगा, और इसके रीडिंग और सूखे थर्मामीटर के रीडिंग के बीच का अंतर उतना ही अधिक होगा। इस अंतर के अनुसार, एक विशेष साइकोमेट्रिक टेबल का उपयोग करके हवा की आर्द्रता निर्धारित की जाती है।

आणविक गतिज सिद्धांत न केवल यह समझने की अनुमति देता है कि कोई पदार्थ गैसीय, तरल और ठोस अवस्था में क्यों हो सकता है, बल्कि किसी पदार्थ के एक राज्य से दूसरे राज्य में संक्रमण की प्रक्रिया की व्याख्या भी करता है।

वाष्पीकरण और संघनन।एक खुले बर्तन में पानी या कोई अन्य तरल पदार्थ की मात्रा धीरे-धीरे कम हो जाती है। तरल का वाष्पीकरण होता है, जिसके तंत्र का वर्णन कक्षा VII के भौतिकी के पाठ्यक्रम में किया गया था। अराजक गति के दौरान, कुछ अणु इतनी बड़ी गतिज ऊर्जा प्राप्त कर लेते हैं कि वे बाकी अणुओं से आकर्षण बलों पर काबू पाकर तरल छोड़ देते हैं।

इसके साथ ही वाष्पीकरण के साथ, रिवर्स प्रक्रिया होती है - एक तरल में बेतरतीब ढंग से चलने वाले वाष्प अणुओं के एक हिस्से का संक्रमण। इस प्रक्रिया को संघनन कहा जाता है। यदि बर्तन खुला है, तो हो सकता है कि द्रव छोड़ने वाले अणु वापस न आएं

तरल। इन मामलों में, संक्षेपण द्वारा वाष्पीकरण की भरपाई नहीं की जाती है और तरल की मात्रा कम हो जाती है। जब बर्तन के ऊपर से हवा का प्रवाह निर्मित वाष्पों को दूर ले जाता है, तो तरल तेजी से वाष्पित हो जाता है, क्योंकि वाष्प के अणु के पास तरल में लौटने का कम अवसर होता है।

संतृप्त भाप।यदि द्रव युक्त पात्र को कसकर बंद कर दिया जाए तो उसका पतन शीघ्र ही रुक जाएगा। एक स्थिर तापमान पर, "तरल-वाष्प" प्रणाली थर्मल संतुलन की स्थिति में आ जाएगी और इसमें मनमाने ढंग से लंबे समय तक रहेगी।

पहले क्षण में, तरल को बर्तन में डालने और बंद करने के बाद, यह वाष्पित हो जाएगा और तरल के ऊपर वाष्प घनत्व बढ़ जाएगा। हालांकि, साथ ही, तरल में लौटने वाले अणुओं की संख्या में वृद्धि होगी। वाष्प का घनत्व जितना अधिक होगा, वाष्प के अणुओं की संख्या उतनी ही अधिक तरल में वापस आ जाएगी। नतीजतन, एक स्थिर तापमान पर एक बंद बर्तन में, तरल और वाष्प के बीच एक गतिशील (चलती) संतुलन अंततः स्थापित हो जाएगा। द्रव की सतह से निकलने वाले अणुओं की संख्या एक ही समय में द्रव में लौटने वाले वाष्प अणुओं की संख्या के बराबर होगी। साथ ही वाष्पीकरण प्रक्रिया के साथ, संक्षेपण होता है, और दोनों प्रक्रियाएं, औसतन, एक दूसरे की क्षतिपूर्ति करती हैं।

अपने तरल के साथ गतिशील संतुलन में भाप को संतृप्त भाप कहा जाता है। यह नाम इस बात पर जोर देता है कि दिए गए तापमान पर दिए गए आयतन में अधिक भाप नहीं हो सकती है।

यदि तरल के साथ बर्तन से हवा पहले बाहर पंप की जाती है, तो केवल संतृप्त वाष्प तरल की सतह से ऊपर होगी।

संतृप्त भाप दबाव।संतृप्त भाप का क्या होता है यदि इसका आयतन कम हो जाता है, उदाहरण के लिए, एक पिस्टन के नीचे एक सिलेंडर में तरल के साथ वाष्प को संपीड़ित करके, सिलेंडर की सामग्री के तापमान को स्थिर रखते हुए?

जब वाष्प को संकुचित किया जाता है, तो संतुलन बिगड़ना शुरू हो जाएगा। पहले क्षण में, वाष्प का घनत्व थोड़ा बढ़ जाता है, और तरल से गैस की तुलना में अधिक अणु गैस से तरल में जाने लगते हैं। यह तब तक जारी रहता है जब तक संतुलन और घनत्व फिर से स्थापित नहीं हो जाता है, और इसलिए अणुओं की सांद्रता समान मान नहीं लेती है। इसलिए संतृप्त वाष्प अणुओं की सांद्रता स्थिर तापमान पर आयतन से स्वतंत्र होती है।

चूंकि दबाव सूत्र के अनुसार सांद्रता के समानुपाती होता है, इसलिए मात्रा से संतृप्त वाष्पों की सांद्रता (या घनत्व) की स्वतंत्रता से संतृप्त वाष्प के दबाव की स्वतंत्रता उसके द्वारा व्याप्त मात्रा से होती है।

आयतन-स्वतंत्र वाष्प दाब जिस पर कोई द्रव अपने वाष्प के साथ संतुलन में होता है, संतृप्ति वाष्प दाब कहलाता है।

जब संतृप्त वाष्प को संपीड़ित किया जाता है, तो इसका अधिक से अधिक तरल अवस्था में चला जाता है। किसी दिए गए द्रव्यमान का एक तरल समान द्रव्यमान के वाष्प की तुलना में कम मात्रा में रहता है। परिणामस्वरूप, स्थिर घनत्व पर वाष्प का आयतन कम हो जाता है।

हमने कई बार "गैस" और "भाप" शब्दों का इस्तेमाल किया है। गैस और भाप के बीच कोई बुनियादी अंतर नहीं है, और ये शब्द आम तौर पर समकक्ष हैं। लेकिन हम परिवेश के तापमान की एक निश्चित, अपेक्षाकृत छोटी सीमा के आदी हैं। शब्द "गैस" आमतौर पर उन पदार्थों पर लागू होता है जिनकी संतृप्ति वाष्प का दबाव सामान्य तापमान पर वायुमंडलीय (उदाहरण के लिए, कार्बन डाइऑक्साइड) से ऊपर होता है। इसके विपरीत, वे भाप की बात करते हैं, जब कमरे के तापमान पर, संतृप्त वाष्प का दबाव वायुमंडलीय दबाव से कम होता है और पदार्थ तरल अवस्था में अधिक स्थिर होता है (उदाहरण के लिए, जल वाष्प)।

आयतन से संतृप्त वाष्प दाब की स्वतंत्रता को उसके द्रव के साथ संतुलन में वाष्प के समतापीय संपीडन पर अनेक प्रयोगों में स्थापित किया गया है। पदार्थ को अधिक मात्रा में गैसीय अवस्था में रहने दें। जैसे-जैसे इज़ोटेर्मल संपीड़न बढ़ता है, इसका घनत्व और दबाव बढ़ता है (चित्र 51 में इज़ोटेर्म एबी का खंड)। जब दबाव पहुँच जाता है, तो भाप संघनित होने लगती है। इसके अलावा, जब संतृप्त वाष्प को संपीड़ित किया जाता है, तो दबाव तब तक नहीं बदलता है जब तक कि सभी वाष्प एक तरल में बदल नहीं जाते (चित्र 51 में सीधी रेखा BC)। उसके बाद, संपीड़न के दौरान दबाव तेजी से बढ़ने लगता है (वक्र का एक खंड, क्योंकि तरल पदार्थ थोड़ा संकुचित होते हैं।

चित्र 51 में दिखाया गया वक्र वास्तविक गैस समतापी कहलाता है।

परिभाषा

वाष्पीकरणद्रव को वाष्प में बदलने की प्रक्रिया है।

किसी भी तापमान पर एक तरल (या ठोस) में, "तेज" अणुओं की एक निश्चित संख्या होती है, जिसकी गतिज ऊर्जा पदार्थ के बाकी कणों के साथ उनकी बातचीत की संभावित ऊर्जा से अधिक होती है। यदि ऐसे अणु सतह के पास होते हैं, तो वे अन्य अणुओं के आकर्षण को दूर कर सकते हैं और इसके ऊपर वाष्प बनाकर तरल से बाहर निकल सकते हैं। ठोसों के वाष्पीकरण को अक्सर के रूप में भी जाना जाता है उच्च बनाने की क्रिया या उच्च बनाने की क्रिया.

वाष्पीकरण किसी भी तापमान पर होता है जिस पर दिया गया पदार्थ तरल या ठोस अवस्था में हो सकता है। हालांकि, वाष्पीकरण की दर तापमान पर निर्भर करती है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, "तेज" अणुओं की संख्या बढ़ती है, और फलस्वरूप, वाष्पीकरण की तीव्रता बढ़ जाती है। वाष्पीकरण की दर तरल के मुक्त सतह क्षेत्र और पदार्थ के प्रकार पर भी निर्भर करती है। इसलिए, उदाहरण के लिए, एक तश्तरी में डाला गया पानी एक गिलास में डाले गए पानी की तुलना में तेजी से वाष्पित हो जाएगा। शराब पानी की तुलना में तेजी से वाष्पित होती है, आदि।

वाष्पीकरण

वाष्पीकरण के कारण खुले बर्तन में द्रव की मात्रा लगातार घटती जाती है। लेकिन कसकर बंद बर्तन में ऐसा नहीं होता है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि, एक साथ तरल (या ठोस) में वाष्पीकरण के साथ, रिवर्स प्रक्रिया होती है। वाष्प के अणु तरल के ऊपर बेतरतीब ढंग से चलते हैं, इसलिए उनमें से कुछ मुक्त सतह के अणुओं के आकर्षण के प्रभाव में वापस तरल में गिर जाते हैं। वाष्प को द्रव में बदलने की प्रक्रिया संघनन कहलाती है। वाष्प को ठोस में बदलने की प्रक्रिया को आमतौर पर वाष्प से क्रिस्टलीकरण के रूप में जाना जाता है।

बर्तन में तरल डालने और इसे कसकर बंद करने के बाद, तरल वाष्पित होना शुरू हो जाएगा, और तरल की मुक्त सतह के ऊपर वाष्प घनत्व बढ़ जाएगा। हालांकि, साथ ही, तरल में वापस लौटने वाले अणुओं की संख्या में वृद्धि होगी। एक खुले बर्तन में, स्थिति अलग होती है: जो अणु तरल छोड़ चुके हैं वे तरल में वापस नहीं आ सकते हैं। एक बंद बर्तन में, समय के साथ एक संतुलन अवस्था स्थापित हो जाती है: तरल की सतह से निकलने वाले अणुओं की संख्या तरल में लौटने वाले वाष्प अणुओं की संख्या के बराबर हो जाती है। ऐसी अवस्था कहलाती है गतिशील संतुलन की स्थिति(चित्र .1)। तरल और वाष्प के बीच गतिशील संतुलन की स्थिति में, वाष्पीकरण और संघनन दोनों एक साथ होते हैं, और दोनों प्रक्रियाएं एक दूसरे की क्षतिपूर्ति करती हैं।

चित्र .1। गतिशील संतुलन में द्रव

संतृप्त और असंतृप्त भाप

परिभाषा

संतृप्त भापवाष्प अपने तरल के साथ गतिशील संतुलन में है।

"संतृप्त" नाम इस बात पर जोर देता है कि किसी दिए गए तापमान पर दिए गए आयतन में अधिक भाप नहीं हो सकती है। किसी दिए गए तापमान पर संतृप्त भाप का घनत्व अधिकतम होता है, और इसलिए बर्तन की दीवारों पर अधिकतम दबाव डालता है।

परिभाषा

असंतृप्त भाप- भाप जो गतिशील संतुलन की स्थिति तक नहीं पहुंची है।

विभिन्न तरल पदार्थों के लिए, वाष्प संतृप्ति विभिन्न घनत्वों पर होती है, जो आणविक संरचना में अंतर के कारण होती है, अर्थात। इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन की ताकतों में अंतर। तरल पदार्थों में जिनमें अणुओं की परस्पर क्रिया बल अधिक होते हैं (उदाहरण के लिए, पारा में), गतिशील संतुलन की स्थिति कम वाष्प घनत्व पर प्राप्त होती है, क्योंकि तरल की सतह को छोड़ने वाले अणुओं की संख्या कम होती है। इसके विपरीत, कम आणविक आकर्षण बल वाले वाष्पशील तरल पदार्थों में, समान तापमान पर, अणुओं की एक महत्वपूर्ण संख्या तरल से बाहर निकलती है और उच्च घनत्व पर वाष्प संतृप्ति प्राप्त होती है। ऐसे तरल पदार्थों के उदाहरण इथेनॉल, ईथर आदि हैं।

चूंकि वाष्प संघनन प्रक्रिया की तीव्रता वाष्प के अणुओं की सांद्रता के समानुपाती होती है, और वाष्पीकरण प्रक्रिया की तीव्रता केवल तापमान पर निर्भर करती है और इसकी वृद्धि के साथ तेजी से बढ़ती है, संतृप्त वाष्प में अणुओं की एकाग्रता केवल तरल के तापमान पर निर्भर करती है। . इसलिए संतृप्त वाष्प दाब केवल तापमान पर निर्भर करता है और मात्रा पर निर्भर नहीं करता है।इसके अलावा, बढ़ते तापमान के साथ, संतृप्त वाष्प के अणुओं की सांद्रता और, परिणामस्वरूप, संतृप्त वाष्प का घनत्व और दबाव तेजी से बढ़ता है। तापमान पर संतृप्त वाष्प के दबाव और घनत्व की विशिष्ट निर्भरता अलग-अलग पदार्थों के लिए भिन्न होती है और इसे संदर्भ तालिकाओं से पाया जा सकता है। यह पता चला है कि संतृप्त भाप, एक नियम के रूप में, क्लेपेरॉन-मेंडेलीव समीकरण द्वारा अच्छी तरह से वर्णित है। हालांकि, जब संपीड़ित या गर्म किया जाता है, तो संतृप्त वाष्प का द्रव्यमान बदल जाता है।

असंतृप्त भाप उचित मात्रा में सटीकता के साथ एक आदर्श गैस के नियमों का पालन करती है।

समस्या समाधान के उदाहरण

उदाहरण 1

व्यायाम	एक तापमान पर 0.5 लीटर की क्षमता वाले एक बंद बर्तन में, जल वाष्प और पानी की एक बूंद संतुलन में होती है। बर्तन में जल वाष्प का द्रव्यमान ज्ञात कीजिए।
फेसला	तापमान पर, संतृप्त वाष्प दबाव वायुमंडलीय दबाव के बराबर होता है, इसलिए पा। आइए मेंडेलीव-क्लैपेरॉन समीकरण लिखें: जहां हम जल वाष्प का द्रव्यमान पाते हैं: जल वाष्प के दाढ़ द्रव्यमान को उसी तरह परिभाषित किया जाता है जैसे पानी का दाढ़ द्रव्यमान। आइए इकाइयों को एसआई प्रणाली में परिवर्तित करें: पोत की मात्रा भाप तापमान। आइए गणना करें:
जवाब	बर्तन में जल वाष्प का द्रव्यमान 0.3 ग्राम है।

उदाहरण 2

व्यायाम

तापमान पर 1 लीटर की मात्रा वाले बर्तन में, पानी, जल वाष्प और नाइट्रोजन संतुलन में होते हैं। द्रव जल का आयतन पात्र के आयतन से बहुत कम होता है। बर्तन में दबाव 300 kPa है, वायुमंडलीय दबाव 100 kPa है। गैसीय अवस्था में पदार्थ की कुल मात्रा ज्ञात कीजिए। तंत्र में नाइट्रोजन का आंशिक दाब कितना है? जलवाष्प का द्रव्यमान कितना होता है? नाइट्रोजन का द्रव्यमान कितना होता है?

फेसला

हम गैस मिश्रण जल वाष्प + नाइट्रोजन के लिए मेंडेलीव-क्लैपेरॉन समीकरण लिखते हैं: जहाँ से हम गैसीय अवस्था में पदार्थ की कुल मात्रा पाते हैं: यूनिवर्सल गैस स्थिरांक। आइए इकाइयों को एसआई प्रणाली में परिवर्तित करें: पोत के तापमान में पोत के दबाव की मात्रा। आइए गणना करें: डाल्टन के नियम के अनुसार, बर्तन में दबाव जल वाष्प और नाइट्रोजन के आंशिक दबावों के योग के बराबर होता है: नाइट्रोजन का आंशिक दबाव कहाँ से: तापमान पर, संतृप्त वाष्प का दबाव वायुमंडलीय दबाव के बराबर होता है, इसलिए।

यूएसई कोडिफायर के विषय: संतृप्त और असंतृप्त वाष्प, वायु आर्द्रता।

यदि पानी का एक खुला गिलास लंबे समय तक छोड़ दिया जाए, तो अंततः पानी पूरी तरह से वाष्पित हो जाएगा। या यों कहें, यह वाष्पित हो जाएगा। वाष्पीकरण क्या है और यह क्यों होता है?

वाष्पीकरण और संघनन

किसी दिए गए तापमान पर, तरल के अणुओं में अलग-अलग वेग होते हैं। अधिकांश अणुओं के वेग कुछ औसत मान (इस तापमान की विशेषता) के करीब होते हैं। लेकिन ऐसे अणु होते हैं जिनके वेग औसत से काफी भिन्न होते हैं, ऊपर और नीचे दोनों।

अंजीर पर। 1 वेग द्वारा तरल अणुओं के वितरण का एक अनुमानित ग्राफ दिखाता है। नीली पृष्ठभूमि उन अधिकांश अणुओं को दिखाती है जिनके वेग औसत मूल्य के आसपास समूहीकृत होते हैं। ग्राफ की लाल "पूंछ" "तेज" अणुओं की एक छोटी संख्या है, जिसकी गति तरल अणुओं के थोक की औसत गति से काफी अधिक है।

चावल। 1. अणुओं का वेग वितरण

जब इतना तेज अणु तरल की मुक्त सतह पर होता है (अर्थात, तरल और वायु के बीच अंतरफलक पर), तो इस अणु की गतिज ऊर्जा अन्य अणुओं की आकर्षक शक्तियों को दूर करने और तरल से बाहर निकलने के लिए पर्याप्त हो सकती है। यह प्रक्रिया है वाष्पीकरण, और अणु जो तरल रूप छोड़ चुके हैं भाप.

इसलिए, वाष्पीकरण एक तरल को वाष्प में बदलने की प्रक्रिया है, जो एक तरल की मुक्त सतह पर होती है।(विशेष परिस्थितियों में, द्रव का वाष्प में परिवर्तन पूरे द्रव के पूरे आयतन में हो सकता है। यह प्रक्रिया आप अच्छी तरह से जानते हैं - यह उबलना).

ऐसा हो सकता है कि कुछ समय बाद वाष्प का अणु वापस द्रव में वापस आ जाए।

वाष्प के अणुओं के द्रव में संक्रमण की प्रक्रिया संघनन कहलाती है।. वाष्प संघनन तरल वाष्पीकरण की विपरीत प्रक्रिया है।

गतिशील संतुलन

क्या होता है यदि तरल के एक कंटेनर को भली भांति बंद करके सील कर दिया जाता है? तरल सतह के ऊपर वाष्प घनत्व बढ़ने लगेगा; वाष्प के कण तेजी से अन्य तरल अणुओं को बाहर उड़ने से रोकेंगे, और वाष्पीकरण की दर कम हो जाएगी। उसी समय, संघनन की दर में वृद्धि शुरू हो जाएगी, क्योंकि वाष्प की एकाग्रता में वृद्धि के साथ, तरल में लौटने वाले अणुओं की संख्या अधिक से अधिक हो जाएगी।

अंत में, किसी बिंदु पर, संक्षेपण की दर वाष्पीकरण की दर के बराबर होगी। आएगा गतिशील संतुलनतरल और वाष्प के बीच: प्रति इकाई समय में, वाष्प से वापस आने पर तरल से उतने ही अणु बाहर निकलेंगे। इस क्षण से, तरल की मात्रा कम होना बंद हो जाएगी, और वाष्प की मात्रा बढ़ जाएगी; भाप "संतृप्ति" तक पहुंच जाएगी।

संतृप्त भाप भाप है जो अपने तरल के साथ गतिशील संतुलन में है। एक वाष्प जो तरल के साथ गतिशील संतुलन की स्थिति तक नहीं पहुंची है, असंतृप्त कहलाती है।.

संतृप्त वाष्प के दबाव और घनत्व को और द्वारा निरूपित किया जाता है। जाहिर है, और अधिकतम दबाव और घनत्व है जो किसी दिए गए तापमान पर भाप हो सकता है। दूसरे शब्दों में, संतृप्त वाष्प का दबाव और घनत्व हमेशा असंतृप्त वाष्प के दबाव और घनत्व से अधिक होता है।

संतृप्त भाप गुण

यह पता चला है कि संतृप्त भाप की स्थिति (और इससे भी अधिक असंतृप्त) को लगभग एक आदर्श गैस की स्थिति (मेंडेलीव-क्लैपेरॉन समीकरण) के समीकरण द्वारा वर्णित किया जा सकता है। विशेष रूप से, हमारे पास संतृप्त वाष्प दबाव और इसके घनत्व के बीच एक अनुमानित संबंध है:

(1)

यह एक बहुत ही आश्चर्यजनक तथ्य है, जिसकी पुष्टि प्रयोग द्वारा की जाती है। दरअसल, इसके गुणों में, संतृप्त भाप एक आदर्श गैस से काफी भिन्न होती है। हम इनमें से सबसे महत्वपूर्ण अंतरों को सूचीबद्ध करते हैं।

1. स्थिर तापमान पर, संतृप्त वाष्प का घनत्व इसके आयतन पर निर्भर नहीं करता है.

यदि, उदाहरण के लिए, संतृप्त भाप समतापीय रूप से संपीड़ित है, तो पहले क्षण में इसका घनत्व बढ़ जाएगा, संक्षेपण की दर वाष्पीकरण की दर से अधिक हो जाएगी, और वाष्प का हिस्सा तरल में संघनित हो जाएगा - जब तक कि गतिशील संतुलन फिर से नहीं पहुंच जाता है, में जिसका वाष्प घनत्व अपने पिछले मान पर वापस आ जाता है।

इसी तरह, संतृप्त वाष्प के इज़ोटेर्मल विस्तार के दौरान, पहले क्षण में इसका घनत्व कम हो जाएगा (वाष्प असंतृप्त हो जाएगा), वाष्पीकरण दर संक्षेपण दर से अधिक हो जाएगी, और तरल अतिरिक्त रूप से तब तक वाष्पित हो जाएगा जब तक कि गतिशील संतुलन फिर से स्थापित नहीं हो जाता - अर्थात। जब तक भाप फिर से उसी घनत्व के साथ संतृप्त न हो जाए।

2. संतृप्त वाष्प दाब इसके आयतन पर निर्भर नहीं करता है.

यह इस तथ्य से अनुसरण करता है कि संतृप्त वाष्प का घनत्व मात्रा पर निर्भर नहीं करता है, और दबाव विशिष्ट रूप से समीकरण (1) द्वारा घनत्व से संबंधित है।

जैसा कि हम देखते हैं, बॉयल का नियम - मैरियट, आदर्श गैसों के लिए मान्य है, संतृप्त भाप के लिए धारण नहीं करता है. यह आश्चर्य की बात नहीं है - आखिरकार, यह मेंडेलीव-क्लैपेरॉन समीकरण से इस धारणा के तहत प्राप्त किया जाता है कि गैस का द्रव्यमान स्थिर रहता है।

3. स्थिर आयतन पर, संतृप्त वाष्प का घनत्व बढ़ते तापमान के साथ बढ़ता है और घटते तापमान के साथ घटता है।.

दरअसल, जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, तरल के वाष्पीकरण की दर बढ़ती जाती है।

पहले क्षण में गतिशील संतुलन गड़बड़ा जाता है, और तरल के कुछ हिस्से का अतिरिक्त वाष्पीकरण होता है। जोड़ी को तब तक जोड़ा जाएगा जब तक कि गतिशील संतुलन फिर से बहाल नहीं हो जाता।

उसी तरह, जैसे-जैसे तापमान घटता है, तरल के वाष्पीकरण की दर कम होती जाती है, और वाष्प का हिस्सा तब तक संघनित होता है जब तक कि गतिशील संतुलन बहाल नहीं हो जाता - लेकिन कम वाष्प के साथ।

इस प्रकार, आइसोकोरिक हीटिंग या संतृप्त भाप के ठंडा होने के दौरान, इसका द्रव्यमान बदल जाता है, इसलिए इस मामले में चार्ल्स का नियम काम नहीं करता है। तापमान पर संतृप्ति वाष्प दबाव की निर्भरता अब एक रैखिक कार्य नहीं होगी।

4. संतृप्त वाष्प का दबाव तापमान के साथ रैखिक रूप से तेजी से बढ़ता है.

दरअसल, बढ़ते तापमान के साथ, संतृप्त वाष्प का घनत्व बढ़ता है, और समीकरण (1) के अनुसार, दबाव घनत्व और तापमान के उत्पाद के समानुपाती होता है।

तापमान पर संतृप्त वाष्प दबाव की निर्भरता घातीय है (चित्र 2)। इसे ग्राफ के खंड 1-2 द्वारा दर्शाया गया है। यह निर्भरता एक आदर्श गैस के नियमों से प्राप्त नहीं की जा सकती।

चावल। 2. तापमान पर वाष्प के दबाव की निर्भरता

बिंदु 2 पर, सभी तरल वाष्पित हो जाते हैं; तापमान में और वृद्धि के साथ, वाष्प असंतृप्त हो जाती है, और इसका दबाव चार्ल्स कानून (खंड 2-3) के अनुसार रैखिक रूप से बढ़ता है।

याद रखें कि एक आदर्श गैस के दबाव में रैखिक वृद्धि बर्तन की दीवारों पर अणुओं के प्रभाव की तीव्रता में वृद्धि के कारण होती है। संतृप्त वाष्प को गर्म करने के मामले में, अणु न केवल मजबूत, बल्कि अधिक बार हिट करना शुरू करते हैं - आखिरकार, वाष्प बड़ा हो जाता है। इन दो कारकों की एक साथ कार्रवाई से संतृप्ति वाष्प दबाव में घातीय वृद्धि हुई है।

हवा में नमीं

पूर्ण आर्द्रता- यह हवा में जल वाष्प का आंशिक दबाव है (अर्थात, वह दबाव जो जल वाष्प अन्य गैसों की अनुपस्थिति में अपने आप उत्पन्न होगा)। कभी-कभी पूर्ण आर्द्रता को वायु में जलवाष्प का घनत्व भी कहा जाता है।

सापेक्षिक आर्द्रताइसमें जल वाष्प के आंशिक दबाव का अनुपात समान तापमान पर संतृप्त जल वाष्प के दबाव से होता है। एक नियम के रूप में, यह अनुपात प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है:

मेंडेलीव-क्लैपेरॉन समीकरण (1) से यह निम्नानुसार है कि वाष्प दबावों का अनुपात घनत्व के अनुपात के बराबर है। चूंकि समीकरण (1) स्वयं, हम याद करते हैं, केवल संतृप्त भाप का वर्णन करता है, हमारे पास अनुमानित संबंध है:

वायु की आर्द्रता मापने के लिए प्रयुक्त उपकरणों में से एक है साइक्रोमीटर. इसमें दो थर्मामीटर शामिल हैं, जिनमें से एक का जलाशय गीले कपड़े में लपेटा जाता है। आर्द्रता जितनी कम होगी, कपड़े से पानी का वाष्पीकरण उतना ही तीव्र होगा, "गीले" थर्मामीटर का भंडार उतना ही अधिक ठंडा होगा, और इसके रीडिंग और सूखे थर्मामीटर के रीडिंग के बीच का अंतर उतना ही अधिक होगा। इस अंतर के अनुसार, एक विशेष साइकोमेट्रिक टेबल का उपयोग करके हवा की आर्द्रता निर्धारित की जाती है।