Dalam kondisi alami, uap dianggap sebagai gas. Dia bisa menjadi kaya dan tak jenuh, yang tergantung pada kepadatan, suhu dan tekanan.
Uap yang berada dalam kesetimbangan dinamis dengan cairannya sendiri adalah kaya.
Kesetimbangan dinamis antara cairan dan uap terjadi ketika jumlah molekul yang dipancarkan dari permukaan bebas cairan sama dengan jumlah molekul yang kembali ke sana.
Dalam bejana terbuka, keseimbangan dinamis terganggu, dan uap menjadi tak jenuh, karena sejumlah molekul menguap ke atmosfer dan tidak kembali ke cairan.
Uap jenuh terbentuk dalam bejana tertutup di atas permukaan bebas cairan.
Jenuh dan tak jenuh uap memiliki sifat yang berbeda. Mari kita jelajahi mereka.
| Beras. 3.2. Kompresi uap isotermal |
Konsentrasi molekul uap jenuh tidak tergantung pada volumenya.
Biarlah uap tak jenuh pada suhu T terletak di dalam silinder dengan piston (Gbr. 3.2). Mari kita mulai mengompresnya secara perlahan untuk memastikan proses isotermal (bagian AB). Pertama, jika uap dijernihkan secara signifikan, ketergantungan tekanan pada volume akan sesuai dengan hukum Boyle-la-Mariotte untuk gas ideal: pV= konstanta Namun demikian, dengan penurunan volume uap tak jenuh (peningkatan densitasnya), penyimpangan darinya mulai diamati. Kompresi isotermal uap lebih lanjut mengarah pada fakta bahwa ia mulai mengembun (titik B), tetesan cairan terbentuk di dalam silinder dan uap menjadi jenuh. Kepadatannya, dan karenanya konsentrasi molekul, memperoleh nilai maksimum untuk suhu tertentu. Mereka tidak bergantung pada volume yang ditempati oleh uap jenuh dan ditentukan oleh tekanan dan suhunya.
Saat dikompresi uap jenuh(bagian BC) tekanannya tidak akan berubah ( p= konstan). Ini disebabkan oleh fakta bahwa dengan penurunan volume, uap jenuh mengembun, membentuk cairan. Bagiannya dalam volume silinder meningkat sepanjang waktu, dan volume yang ditempati oleh uap jenuh berkurang. Ini berlanjut sampai semua uap jenuh telah dicairkan (titik C).
Penurunan volume lebih lanjut menyebabkan peningkatan tekanan yang cepat (bagian DC), karena cairan hampir tidak dapat dimampatkan. bahan dari situs
Jadi, di bawah kompresi isotermal uap tak jenuh pertama (pada kerapatan rendah) ia menunjukkan sifat-sifat gas ideal. Kapan uap menjadi kaya, propertinya tunduk pada hukum lain. Secara khusus, pada suhu rendah, keadaannya kira-kira dijelaskan oleh persamaan p = nkt, ketika konsentrasi molekul tidak bergantung pada volume yang ditempati oleh gas. Grafik tekanan p dari volume V, ditunjukkan pada gambar. 3.2, disebut isoterm gas nyata.
Isoterm gas nyata mengkarakterisasi keadaan setimbangnya dengan cairan. Kompatibilitasnya memungkinkan Anda untuk menentukan ketergantungan tekanan uap jenuh dari suhu.
Di halaman ini, materi tentang topik:
Kenaikan tekanan isotermal dari uap tak jenuh
Apa karakteristik uap jenuh dari sudut pandang molekul?
Uap jenuh dan sifat-sifatnya secara singkat
Apa karakteristik uap jenuh dari sudut pandang molekuler?
Apa karakteristik gas jenuh dari sudut pandang molekul?
Pertanyaan tentang barang ini:
Jika segelas air terbuka dibiarkan dalam waktu lama, maka akhirnya air akan menguap sepenuhnya. Lebih seperti itu akan menguap. Apa itu penguapan dan mengapa itu terjadi?
2.7.1 Evaporasi dan kondensasi
Pada suhu tertentu, molekul cairan memiliki kecepatan yang berbeda. Kecepatan sebagian besar molekul mendekati beberapa nilai rata-rata (karakteristik suhu ini). Tetapi ada molekul yang kecepatannya berbeda secara signifikan dari rata-rata, baik naik maupun turun.
pada gambar. 2.16 menunjukkan grafik perkiraan distribusi molekul cair dengan kecepatan. Latar belakang biru menunjukkan sebagian besar molekul yang kecepatannya dikelompokkan di sekitar nilai rata-rata. 'Ekor' merah dari grafik adalah sejumlah kecil molekul 'cepat' yang kecepatannya secara signifikan melebihi kecepatan rata-rata sebagian besar molekul cair.
Jumlah molekul
molekul cepat
Kecepatan molekul
Beras. 2.16. Distribusi kecepatan molekul
Ketika molekul yang sangat cepat tersebut berada di permukaan bebas cairan (yaitu, pada antarmuka antara cairan dan udara), energi kinetik molekul ini dapat cukup untuk mengatasi gaya tarik menarik molekul lain dan terbang keluar dari cairan. Proses ini adalah penguapan, dan molekul yang meninggalkan cairan membentuk uap.
Jadi, penguapan adalah proses mengubah cairan menjadi uap, yang terjadi pada permukaan bebas cairan7.
Mungkin saja setelah beberapa waktu molekul uap akan kembali ke cairan.
Proses transisi molekul uap menjadi cair disebut kondensasi. Kondensasi uap adalah proses kebalikan dari penguapan cairan.
2.7.2 keseimbangan dinamis
Apa yang terjadi jika wadah berisi cairan tertutup rapat? Kepadatan uap di atas permukaan cairan akan mulai meningkat; partikel uap akan semakin mencegah molekul cair lainnya terbang keluar, dan laju penguapan akan menurun. Akan dimulai pada saat yang sama
7 Dalam kondisi khusus, transformasi cairan menjadi uap dapat terjadi di seluruh volume cairan. Proses ini sudah Anda ketahui, perebusan ini.
p n = n RT:
laju kondensasi meningkat, karena dengan peningkatan konsentrasi uap, jumlah molekul yang kembali ke cairan akan menjadi lebih banyak.
Akhirnya, pada titik tertentu, laju kondensasi akan sama dengan laju penguapan. Kesetimbangan dinamis akan terjadi antara cairan dan uap: per satuan waktu, sebanyak molekul akan terbang keluar dari cairan saat mereka kembali dari uap. Mulai dari saat ini, jumlah cairan akan berhenti berkurang, dan jumlah uap akan meningkat; uap akan mencapai saturasi.
Uap jenuh adalah uap yang berada dalam kesetimbangan dinamis dengan cairannya. Uap yang belum mencapai keadaan kesetimbangan dinamis dengan cairan disebut tak jenuh.
Tekanan dan densitas uap jenuh dilambangkan pn in. Jelas, pn in adalah tekanan dan densitas maksimum yang dapat dimiliki uap pada suhu tertentu. Dengan kata lain, tekanan dan massa jenis uap jenuh selalu melebihi tekanan dan massa jenis uap tidak jenuh.
2.7.3 Sifat uap jenuh
Ternyata keadaan uap jenuh (terutama uap tidak jenuh) dapat dideskripsikan secara kira-kira dengan persamaan keadaan gas ideal (persamaan Clapeyron Mendeleev). Secara khusus, kami memiliki hubungan perkiraan antara tekanan uap jenuh dan densitasnya:
Ini adalah fakta yang sangat mengejutkan, dikonfirmasi oleh eksperimen. Memang, dalam sifat-sifatnya, uap jenuh berbeda secara signifikan dari gas ideal. Kami daftar yang paling penting dari perbedaan ini.
1. Pada suhu konstan, kerapatan uap jenuh tidak bergantung pada volumenya.
Jika, misalnya, uap jenuh dikompresi secara isotermal, maka densitasnya akan meningkat pada saat pertama, laju kondensasi akan melebihi laju penguapan, dan sebagian dari uap akan mengembun menjadi cair sampai keseimbangan dinamis tercapai lagi, di mana kerapatan uap kembali ke nilai sebelumnya.
Demikian pula, selama ekspansi isotermal uap jenuh, densitasnya akan berkurang pada saat pertama (uap akan menjadi tidak jenuh), laju penguapan akan melebihi laju kondensasi, dan cairan juga akan menguap sampai keseimbangan dinamis tercapai lagi, yaitu sampai uap menjadi jenuh kembali dengan densitas yang sama.
2. Tekanan uap jenuh tidak bergantung pada volumenya.
Ini mengikuti dari fakta bahwa densitas uap jenuh tidak bergantung pada volume, dan tekanan secara unik terkait dengan densitas dengan persamaan (2.6).
Seperti yang Anda lihat, hukum Boyle Mariotte, yang berlaku untuk gas ideal, tidak berlaku untuk uap jenuh. Hal ini tidak mengherankan karena diturunkan dari persamaan Clapeyron Mendeleev dengan asumsi bahwa massa gas tetap konstan.
3. Pada volume konstan, densitas uap jenuh meningkat dengan meningkatnya suhu dan menurun dengan menurunnya suhu.
Memang, saat suhu meningkat, laju penguapan cairan meningkat. Keseimbangan dinamis terganggu pada saat pertama, dan tambahan
penguapan beberapa cairan. Pasangan akan ditambahkan sampai keseimbangan dinamis dipulihkan kembali.
Dengan cara yang sama, ketika suhu menurun, laju penguapan cairan menjadi lebih kecil, dan sebagian uap mengembun sampai keseimbangan dinamis dipulihkan, tetapi dengan lebih sedikit uap.
Jadi, selama pemanasan isokhorik atau pendinginan uap jenuh, massanya berubah, sehingga hukum Charles tidak berlaku dalam kasus ini. Ketergantungan tekanan uap jenuh pada suhu tidak lagi menjadi fungsi linier.
4. Tekanan uap jenuh meningkat dengan suhu lebih cepat dari linear.
Memang, dengan meningkatnya suhu, densitas uap jenuh meningkat, dan menurut persamaan (2.6), tekanan sebanding dengan produk densitas dan suhu.
Ketergantungan tekanan uap jenuh pada suhu adalah eksponensial (Gbr. 2.17). Hal ini diwakili oleh bagian 1-2 dari grafik. Ketergantungan ini tidak dapat diturunkan dari hukum gas ideal.
uap isokor
Beras. 2.17. Tekanan uap versus suhu
Pada titik 2, semua cairan menguap; dengan peningkatan suhu lebih lanjut, uap menjadi tidak jenuh, dan tekanannya tumbuh secara linier sesuai dengan hukum Charles (segmen 2–3).
Ingatlah bahwa peningkatan linier tekanan gas ideal disebabkan oleh peningkatan intensitas tumbukan molekul pada dinding bejana. Dalam kasus pemanasan uap jenuh, molekul mulai berdetak tidak hanya lebih kuat, tetapi lebih sering, karena uap menjadi lebih besar. Aksi simultan dari kedua faktor ini menyebabkan peningkatan eksponensial pada tekanan uap jenuh.
2.7.4 Kelembaban udara
Kelembaban mutlak adalah tekanan parsial uap air di udara (yaitu, tekanan yang akan diberikan oleh uap air dengan sendirinya, tanpa adanya gas lain). Kadang-kadang kelembaban mutlak juga disebut densitas uap air di udara.
Kelembaban relatif "adalah rasio tekanan parsial uap air di dalamnya dengan tekanan uap air jenuh pada suhu yang sama. Sebagai aturan, ini adalah
rasio dinyatakan sebagai persentase:
" = p 100%: pn
Dari persamaan Mendeleev-Clapeyron (2.6) berikut bahwa rasio tekanan uap sama dengan rasio densitas. Karena persamaan (2.6), kita ingat, menggambarkan uap jenuh hanya secara kira-kira, kita memiliki hubungan perkiraan:
" = 100%:n
Psikrometer adalah salah satu instrumen yang mengukur kelembaban udara. Ini termasuk dua termometer, reservoir yang salah satunya dibungkus dengan kain basah. Semakin rendah kelembabannya, semakin intens penguapan air dari kain, semakin banyak reservoir termometer "basah" didinginkan, dan semakin besar perbedaan antara pembacaannya dan pembacaan termometer kering. Menurut perbedaan ini, menggunakan tabel psychrometric khusus, kelembaban udara ditentukan.
Teori kinetik molekuler memungkinkan tidak hanya untuk memahami mengapa suatu zat dapat berada dalam keadaan gas, cair dan padat, tetapi juga untuk menjelaskan proses transisi suatu zat dari satu keadaan ke keadaan lainnya.
Penguapan dan kondensasi. Jumlah air atau cairan lain dalam bejana terbuka secara bertahap berkurang. Penguapan cairan terjadi, mekanisme yang dijelaskan dalam pelajaran fisika kelas VII. Selama gerakan kacau, beberapa molekul memperoleh energi kinetik yang begitu besar sehingga mereka meninggalkan cairan, mengatasi gaya tarik-menarik dari molekul lainnya.
Bersamaan dengan penguapan, proses sebaliknya terjadi - transisi bagian dari molekul uap yang bergerak secara acak menjadi cairan. Proses ini disebut kondensasi. Jika bejana terbuka, maka molekul yang telah meninggalkan cairan tidak dapat kembali ke
cairan. Dalam kasus ini, penguapan tidak dikompensasi oleh kondensasi dan jumlah cairan berkurang. Ketika aliran udara di atas bejana membawa uap yang terbentuk, cairan menguap lebih cepat, karena molekul uap memiliki lebih sedikit kesempatan untuk kembali ke cairan lagi.
Uap jenuh. Jika bejana berisi cairan tertutup rapat, maka penurunannya akan segera berhenti. Pada suhu konstan, sistem "cair - uap" akan mencapai keadaan kesetimbangan termal dan akan tetap berada di dalamnya untuk waktu yang lama.
Pada saat pertama, setelah cairan dituangkan ke dalam bejana dan ditutup, itu akan menguap dan kerapatan uap di atas cairan akan meningkat. Namun, pada saat yang sama, jumlah molekul yang kembali ke cairan akan meningkat. Semakin besar kerapatan uap, semakin besar jumlah molekul uap yang kembali ke cairan. Akibatnya, dalam bejana tertutup pada suhu konstan, keseimbangan dinamis (bergerak) antara cairan dan uap pada akhirnya akan terbentuk. Jumlah molekul yang meninggalkan permukaan zat cair akan sama dengan jumlah molekul uap yang kembali ke zat cair dalam waktu yang sama. Bersamaan dengan proses penguapan, kondensasi terjadi, dan kedua proses rata-rata saling mengimbangi.
Uap dalam kesetimbangan dinamis dengan cairannya disebut uap jenuh. Nama ini menekankan bahwa volume tertentu pada suhu tertentu tidak dapat mengandung lebih banyak uap.
Jika udara dari bejana berisi cairan sebelumnya dipompa keluar, maka hanya uap jenuh yang akan berada di atas permukaan cairan.
Tekanan uap jenuh. Apa yang akan terjadi pada uap jenuh jika volumenya dikurangi, misalnya dengan mengompresi uap dalam kesetimbangan dengan cairan dalam silinder di bawah piston, menjaga suhu isi silinder konstan?
Ketika uap dikompresi, keseimbangan akan mulai terganggu. Pada saat pertama, kerapatan uap sedikit meningkat, dan lebih banyak molekul mulai berpindah dari gas ke cair daripada dari cair ke gas. Hal ini berlanjut sampai keseimbangan dan kerapatan terbentuk kembali, dan karenanya konsentrasi molekul tidak mengambil nilai yang sama. Oleh karena itu, konsentrasi molekul uap jenuh tidak tergantung pada volume pada suhu konstan.
Karena tekanan sebanding dengan konsentrasi sesuai dengan rumus, maka dari kebebasan konsentrasi (atau densitas) uap jenuh dari volume mengikuti kebebasan tekanan uap jenuh dari volume yang ditempatinya.
Tekanan uap volume-independen di mana cairan berada dalam kesetimbangan dengan uapnya disebut tekanan uap jenuh.
Ketika uap jenuh dikompresi, semakin banyak yang masuk ke keadaan cair. Cairan dengan massa tertentu menempati volume yang lebih kecil daripada uap dengan massa yang sama. Akibatnya, volume uap pada kerapatan konstan berkurang.
Kami telah menggunakan kata "gas" dan "uap" berkali-kali. Tidak ada perbedaan mendasar antara gas dan uap, dan kata-kata ini umumnya setara. Tetapi kita terbiasa dengan kisaran suhu lingkungan tertentu yang relatif kecil. Kata "gas" biasanya digunakan untuk zat-zat yang tekanan uap jenuhnya pada suhu biasa di atas atmosfer (misalnya, karbon dioksida). Sebaliknya, mereka berbicara tentang uap ketika, pada suhu kamar, tekanan uap jenuh kurang dari tekanan atmosfer dan zat lebih stabil dalam keadaan cair (misalnya, uap air).
Independensi tekanan uap jenuh dari volume telah ditetapkan dalam banyak percobaan pada kompresi isotermal uap dalam kesetimbangan dengan cairannya. Biarkan zat pada volume besar berada dalam keadaan gas. Saat kompresi isotermal meningkat, densitas dan tekanannya meningkat (bagian dari isoterm AB pada Gambar 51). Ketika tekanan tercapai, uap mulai mengembun. Selanjutnya, ketika uap jenuh dikompresi, tekanannya tidak berubah sampai semua uap berubah menjadi cairan (garis lurus BC pada Gambar 51). Setelah itu, tekanan selama kompresi mulai meningkat tajam (sebuah segmen kurva, karena cairan sedikit dapat dimampatkan.
Kurva yang ditunjukkan pada Gambar 51 disebut isoterm gas nyata.
DEFINISI
Penguapan adalah proses perubahan wujud cair menjadi uap.
Dalam cairan (atau padat) pada suhu berapa pun, ada sejumlah molekul "cepat", yang energi kinetiknya lebih besar daripada energi potensial interaksinya dengan partikel zat lainnya. Jika molekul tersebut berada di dekat permukaan, maka mereka dapat mengatasi gaya tarik molekul lain dan terbang keluar dari cairan, membentuk uap di atasnya. Penguapan padatan juga sering disebut sebagai sublimasi atau sublimasi.
Penguapan terjadi pada setiap suhu di mana zat tertentu dapat berada dalam keadaan cair atau padat. Namun, tingkat penguapan tergantung pada suhu. Saat suhu naik, jumlah molekul "cepat" meningkat, dan, akibatnya, intensitas penguapan meningkat. Laju penguapan juga tergantung pada luas permukaan bebas cairan dan jenis zat. Jadi, misalnya, air yang dituangkan ke dalam piring akan lebih cepat menguap daripada air yang dituangkan ke dalam gelas. Alkohol menguap lebih cepat daripada air, dll.
Kondensasi
Jumlah cairan dalam bejana terbuka berkurang terus menerus karena penguapan. Tetapi dalam wadah yang tertutup rapat, ini tidak terjadi. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa, bersamaan dengan penguapan dalam cairan (atau padat), proses sebaliknya terjadi. Molekul uap bergerak secara acak di atas cairan, sehingga beberapa dari mereka, di bawah pengaruh gaya tarik molekul permukaan bebas, jatuh kembali ke dalam cairan. Proses perubahan uap menjadi cair disebut mengembun. Proses mengubah uap menjadi padat biasa disebut sebagai kristalisasi dari uap.
Setelah kita menuangkan cairan ke dalam bejana dan menutupnya dengan rapat, cairan akan mulai menguap, dan kerapatan uap di atas permukaan bebas cairan akan meningkat. Namun, pada saat yang sama, jumlah molekul yang kembali ke cairan akan meningkat. Dalam bejana terbuka, situasinya berbeda: molekul yang telah meninggalkan cairan mungkin tidak kembali ke cairan. Dalam bejana tertutup, keadaan setimbang terbentuk dari waktu ke waktu: jumlah molekul yang meninggalkan permukaan cairan menjadi sama dengan jumlah molekul uap yang kembali ke cairan. Keadaan seperti itu disebut keadaan keseimbangan dinamis(Gbr. 1). Dalam keadaan keseimbangan dinamis antara cairan dan uap, baik penguapan dan kondensasi terjadi secara bersamaan, dan kedua proses saling mengimbangi.
Gambar 1. Fluida dalam kesetimbangan dinamis
Uap jenuh dan tak jenuh
DEFINISI
Uap jenuh Uap berada dalam kesetimbangan dinamis dengan cairannya.
Nama "jenuh" menekankan bahwa volume tertentu pada suhu tertentu tidak dapat mengandung lebih banyak uap. Uap jenuh memiliki kerapatan maksimum pada suhu tertentu, dan karena itu memberikan tekanan maksimum pada dinding bejana.
DEFINISI
uap tak jenuh- uap yang belum mencapai keadaan kesetimbangan dinamis.
Untuk cairan yang berbeda, saturasi uap terjadi pada kepadatan yang berbeda, yang disebabkan oleh perbedaan struktur molekul, yaitu. perbedaan gaya interaksi antarmolekul. Dalam cairan di mana gaya interaksi molekul tinggi (misalnya, dalam merkuri), keadaan kesetimbangan dinamis dicapai pada densitas uap rendah, karena jumlah molekul yang dapat meninggalkan permukaan cairan sedikit. Sebaliknya, dalam cairan yang mudah menguap dengan gaya tarik molekul rendah, pada suhu yang sama, sejumlah besar molekul terbang keluar dari cairan dan saturasi uap dicapai pada kepadatan tinggi. Contoh cairan tersebut adalah etanol, eter, dll.
Karena intensitas proses kondensasi uap sebanding dengan konsentrasi molekul uap, dan intensitas proses penguapan hanya bergantung pada suhu dan meningkat tajam dengan pertumbuhannya, konsentrasi molekul dalam uap jenuh hanya bergantung pada suhu cairan. . Jadi Tekanan uap jenuh hanya bergantung pada suhu dan tidak bergantung pada volume. Selain itu, dengan meningkatnya suhu, konsentrasi molekul uap jenuh dan, akibatnya, kerapatan dan tekanan uap jenuh meningkat dengan cepat. Ketergantungan spesifik dari tekanan dan densitas uap jenuh pada suhu berbeda untuk zat yang berbeda dan dapat ditemukan dari tabel referensi. Ternyata uap jenuh, sebagai suatu peraturan, dijelaskan dengan baik oleh persamaan Claiperon-Mendeleev. Namun, ketika dikompresi atau dipanaskan, massa uap jenuh berubah.
Uap tak jenuh mematuhi hukum gas ideal dengan tingkat akurasi yang wajar.
Contoh pemecahan masalah
CONTOH 1
| Latihan | Dalam bejana tertutup dengan kapasitas 0,5 liter pada suhu tertentu, uap air dan setetes air berada dalam kesetimbangan. Tentukan massa uap air di dalam bejana. |
| Keputusan | Pada suhu, tekanan uap jenuh sama dengan tekanan atmosfer, jadi Pa. Mari kita tulis persamaan Mendeleev-Clapeyron:
di mana kita menemukan massa uap air: Massa molar uap air didefinisikan dengan cara yang sama seperti massa molar air. Mari kita ubah satuan ke sistem SI: volume bejana suhu uap. Mari kita hitung: |
| Menjawab | Massa uap air di dalam bejana adalah 0,3 g. |
CONTOH 2
| Latihan | Dalam bejana dengan volume 1 liter pada suhu, air, uap air dan nitrogen berada dalam kesetimbangan. Volume air cair jauh lebih kecil daripada volume bejana. Tekanan di dalam bejana adalah 300 kPa, tekanan atmosfer adalah 100 kPa. Temukan jumlah total materi dalam keadaan gas. Berapakah tekanan parsial nitrogen dalam sistem? Berapa massa uap air? Berapa massa nitrogen? |
| Keputusan | Kami menulis persamaan Mendeleev-Clapeyron untuk campuran gas uap air + nitrogen: dari mana kita menemukan jumlah total materi dalam keadaan gas: Konstanta gas universal. Mari kita ubah satuan ke sistem SI: volume tekanan bejana dalam suhu bejana. Mari kita hitung:
Menurut hukum Dalton, tekanan dalam bejana sama dengan jumlah tekanan parsial uap air dan nitrogen: dimana tekanan parsial nitrogen: Pada suhu, tekanan uap jenuh sama dengan tekanan atmosfer, jadi . |
Topik pengkode USE: uap jenuh dan tak jenuh, kelembaban udara.
Jika segelas air terbuka dibiarkan dalam waktu lama, maka akhirnya air akan menguap sepenuhnya. Atau lebih tepatnya, itu akan menguap. Apa itu penguapan dan mengapa itu terjadi?
Evaporasi dan kondensasi
Pada suhu tertentu, molekul cairan memiliki kecepatan yang berbeda. Kecepatan sebagian besar molekul mendekati beberapa nilai rata-rata (karakteristik suhu ini). Tetapi ada molekul yang kecepatannya berbeda secara signifikan dari rata-rata, baik naik maupun turun.
pada gambar. 1 menunjukkan grafik perkiraan distribusi molekul cair dengan kecepatan. Latar belakang biru menunjukkan sebagian besar molekul yang kecepatannya dikelompokkan di sekitar nilai rata-rata. "Ekor" merah pada grafik adalah sejumlah kecil molekul "cepat", yang kecepatannya secara signifikan melebihi kecepatan rata-rata sebagian besar molekul cair.
Beras. 1. Distribusi kecepatan molekul
Ketika molekul yang sangat cepat berada di permukaan bebas cairan (yaitu, pada antarmuka antara cairan dan udara), energi kinetik molekul ini mungkin cukup untuk mengatasi gaya tarik menarik molekul lain dan terbang keluar dari cairan. Proses ini adalah penguapan, dan molekul yang telah meninggalkan bentuk cair uap.
Jadi, Penguapan adalah proses mengubah cairan menjadi uap, yang terjadi pada permukaan bebas cairan.(dalam kondisi khusus, transformasi cairan menjadi uap dapat terjadi di seluruh volume cairan. Proses ini sudah Anda ketahui - ini mendidih).
Mungkin saja setelah beberapa waktu molekul uap akan kembali ke cairan.
Proses transisi molekul uap menjadi cair disebut kondensasi.. Kondensasi uap adalah proses kebalikan dari penguapan cairan.
keseimbangan dinamis
Apa yang terjadi jika wadah berisi cairan tertutup rapat? Kepadatan uap di atas permukaan cairan akan mulai meningkat; partikel uap akan semakin mencegah molekul cair lainnya terbang keluar, dan laju penguapan akan menurun. Pada saat yang sama, laju kondensasi akan mulai meningkat, karena dengan peningkatan konsentrasi uap, jumlah molekul yang kembali ke cairan akan menjadi semakin banyak.
Akhirnya, pada titik tertentu, laju kondensasi akan sama dengan laju penguapan. akan datang keseimbangan dinamis antara cairan dan uap: per satuan waktu, sebanyak molekul akan terbang keluar dari cairan sebagai kembali dari uap. Mulai dari saat ini, jumlah cairan akan berhenti berkurang, dan jumlah uap akan meningkat; uap akan mencapai "jenuh".
Uap jenuh adalah uap yang berada dalam kesetimbangan dinamis dengan cairannya. Uap yang belum mencapai keadaan kesetimbangan dinamis dengan cairan disebut tak jenuh..
Tekanan dan densitas uap jenuh dilambangkan dengan dan . Jelas, dan adalah tekanan dan kepadatan maksimum yang dapat dimiliki uap pada suhu tertentu. Dengan kata lain, tekanan dan massa jenis uap jenuh selalu melebihi tekanan dan massa jenis uap tidak jenuh.
Sifat uap jenuh
Ternyata keadaan uap jenuh (dan bahkan lebih tidak jenuh) dapat digambarkan secara kira-kira oleh persamaan keadaan gas ideal (persamaan Mendeleev-Clapeyron). Secara khusus, kami memiliki hubungan perkiraan antara tekanan uap jenuh dan densitasnya:
(1)
Ini adalah fakta yang sangat mengejutkan, dikonfirmasi oleh eksperimen. Memang, dalam sifat-sifatnya, uap jenuh berbeda secara signifikan dari gas ideal. Kami daftar yang paling penting dari perbedaan ini.
1. Pada suhu konstan, kerapatan uap jenuh tidak bergantung pada volumenya.
Jika, misalnya, uap jenuh dikompresi secara isotermal, maka densitasnya pada saat pertama akan meningkat, laju kondensasi akan melebihi laju penguapan, dan sebagian uap akan mengembun menjadi cairan - sampai keseimbangan dinamis tercapai lagi, dalam dimana kerapatan uap kembali ke nilai sebelumnya.
Demikian pula, selama ekspansi isotermal uap jenuh, densitasnya akan berkurang pada saat pertama (uap akan menjadi tidak jenuh), laju penguapan akan melebihi laju kondensasi, dan cairan juga akan menguap sampai keseimbangan dinamis kembali terbentuk - mis. sampai uap jenuh kembali dengan kepadatan yang sama.
2. Tekanan uap jenuh tidak bergantung pada volumenya.
Ini mengikuti dari fakta bahwa densitas uap jenuh tidak bergantung pada volume, dan tekanan secara unik terkait dengan densitas dengan persamaan (1) .
Seperti yang kita lihat, Hukum Boyle - Mariotte, berlaku untuk gas ideal, tidak berlaku untuk uap jenuh. Ini tidak mengherankan - bagaimanapun, ini diperoleh dari persamaan Mendeleev-Clapeyron dengan asumsi bahwa massa gas tetap konstan.
3. Pada volume konstan, densitas uap jenuh meningkat dengan meningkatnya suhu dan menurun dengan menurunnya suhu..
Memang, saat suhu meningkat, laju penguapan cairan meningkat.
Kesetimbangan dinamis terganggu pada saat pertama, dan penguapan tambahan dari beberapa bagian cairan terjadi. Pasangan akan ditambahkan sampai keseimbangan dinamis dipulihkan kembali.
Dengan cara yang sama, ketika suhu menurun, laju penguapan cairan menjadi lebih kecil, dan sebagian uap mengembun sampai keseimbangan dinamis dipulihkan - tetapi dengan lebih sedikit uap.
Jadi, selama pemanasan isokhorik atau pendinginan uap jenuh, massanya berubah, sehingga hukum Charles tidak berlaku dalam kasus ini. Ketergantungan tekanan uap jenuh pada suhu tidak lagi menjadi fungsi linier.
4. Tekanan uap jenuh meningkat dengan suhu lebih cepat dari linear.
Memang, dengan meningkatnya suhu, densitas uap jenuh meningkat, dan menurut persamaan (1), tekanan sebanding dengan produk densitas dan suhu.
Ketergantungan tekanan uap jenuh pada suhu adalah eksponensial (Gbr. 2). Hal ini diwakili oleh bagian 1-2 dari grafik. Ketergantungan ini tidak dapat diturunkan dari hukum gas ideal.
Beras. 2. Ketergantungan tekanan uap pada suhu
Pada titik 2, semua cairan menguap; dengan peningkatan suhu lebih lanjut, uap menjadi tidak jenuh, dan tekanannya tumbuh secara linier sesuai dengan hukum Charles (segmen 2–3).
Ingatlah bahwa peningkatan linier tekanan gas ideal disebabkan oleh peningkatan intensitas tumbukan molekul pada dinding bejana. Dalam kasus pemanasan uap jenuh, molekul mulai memukul tidak hanya lebih kuat, tetapi juga lebih sering - setelah semua, uap menjadi lebih besar. Aksi simultan dari kedua faktor ini menyebabkan peningkatan eksponensial pada tekanan uap jenuh.
Kelembaban udara
Kelembaban mutlak- ini adalah tekanan parsial uap air di udara (yaitu, tekanan yang akan diberikan oleh uap air sendiri, tanpa adanya gas lain). Kadang-kadang kelembaban mutlak juga disebut densitas uap air di udara.
Kelembaban relatif adalah perbandingan antara tekanan parsial uap air di dalamnya dengan tekanan uap air jenuh pada suhu yang sama. Sebagai aturan, rasio ini dinyatakan sebagai persentase:
Dari persamaan Mendeleev-Clapeyron (1) dapat disimpulkan bahwa rasio tekanan uap sama dengan rasio densitas. Karena persamaan (1) itu sendiri, kita ingat, menggambarkan uap jenuh hanya kira-kira, kita memiliki hubungan perkiraan:
Salah satu alat yang digunakan untuk mengukur kelembaban udara adalah psikrometer. Ini termasuk dua termometer, reservoir yang salah satunya dibungkus dengan kain basah. Semakin rendah kelembabannya, semakin intens penguapan air dari kain, semakin banyak reservoir termometer "basah" didinginkan, dan semakin besar perbedaan antara pembacaannya dan pembacaan termometer kering. Menurut perbedaan ini, menggunakan tabel psychrometric khusus, kelembaban udara ditentukan.
