სითხეების აორთქლება. გაჯერებული და უჯერი წყვილი. გაჯერებული ორთქლის წნევა. ჰაერის ტენიანობა.

აორთქლება- აორთქლება ხდება ნებისმიერ ტემპერატურაზე სითხის თავისუფალი ზედაპირიდან. თერმული მოძრაობის დროს მოლეკულების კინეტიკური ენერგიის არათანაბარი განაწილება იწვევს იმ ფაქტს, რომ ნებისმიერ ტემპერატურაზე თხევადი ან მყარი ზოგიერთი მოლეკულის კინეტიკური ენერგია შეიძლება აღემატებოდეს სხვა მოლეკულებთან მათი კავშირის პოტენციურ ენერგიას. მაღალი სიჩქარის მქონე მოლეკულებს აქვთ უფრო დიდი კინეტიკური ენერგია და სხეულის ტემპერატურა დამოკიდებულია მისი მოლეკულების მოძრაობის სიჩქარეზე, ამიტომ აორთქლებას თან ახლავს სითხის გაციება. აორთქლების სიჩქარე დამოკიდებულია: ღია ზედაპირის ფართობზე, ტემპერატურაზე, მოლეკულების კონცენტრაციაზე სითხესთან ახლოს.

კონდენსაცია- ნივთიერების აირისებური მდგომარეობიდან თხევად მდგომარეობაში გადასვლის პროცესი.

დახურულ ჭურჭელში სითხის აორთქლება მუდმივ ტემპერატურაზე იწვევს აორთქლებადი ნივთიერების მოლეკულების კონცენტრაციის თანდათან მატებას აირისებრ მდგომარეობაში. აორთქლების დაწყებიდან გარკვეული პერიოდის შემდეგ, ნივთიერების კონცენტრაცია აირისებრ მდგომარეობაში მიაღწევს ისეთ მნიშვნელობას, რომლის დროსაც სითხეში დაბრუნებული მოლეკულების რაოდენობა ტოლი იქნება სითხის ერთსა და იმავე დროს დატოვებული მოლეკულების რაოდენობის. დინამიური წონასწორობა დამყარებულია მატერიის აორთქლებისა და კონდენსაციის პროცესებს შორის. აირისებრ მდგომარეობაში მყოფ ნივთიერებას, რომელიც სითხესთან დინამიურ წონასწორობაშია, გაჯერებული ორთქლი ეწოდება. (ორთქლი არის მოლეკულების ერთობლიობა, რომლებმაც დატოვეს სითხე აორთქლების პროცესში.) ორთქლს გაჯერებაზე დაბალ წნევაზე ეწოდება უჯერი.

წყლის მუდმივი აორთქლების გამო რეზერვუარების, ნიადაგისა და მცენარეული საფარის ზედაპირებიდან, აგრეთვე ადამიანებისა და ცხოველების სუნთქვის გამო, ატმოსფერო ყოველთვის შეიცავს წყლის ორთქლს. ამრიგად, ატმოსფერული წნევა არის მშრალი ჰაერის და მასში არსებული წყლის ორთქლის წნევის ჯამი. წყლის ორთქლის წნევა მაქსიმალური იქნება, როდესაც ჰაერი გაჯერებულია ორთქლით. გაჯერებული ორთქლი, უჯერი ორთქლისაგან განსხვავებით, არ ემორჩილება იდეალური გაზის კანონებს. ამრიგად, გაჯერების ორთქლის წნევა არ არის დამოკიდებული მოცულობაზე, არამედ დამოკიდებულია ტემპერატურაზე. ეს დამოკიდებულება არ შეიძლება გამოხატული იყოს მარტივი ფორმულით, ამიტომ, გაჯერებული ორთქლის წნევის ტემპერატურაზე დამოკიდებულების ექსპერიმენტული შესწავლის საფუძველზე, შედგენილია ცხრილები, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას მისი წნევის დასადგენად სხვადასხვა ტემპერატურაზე.

ჰაერში წყლის ორთქლის წნევას მოცემულ ტემპერატურაზე ეწოდება აბსოლუტური ტენიანობა ან წყლის ორთქლის წნევა. ვინაიდან ორთქლის წნევა პროპორციულია მოლეკულების კონცენტრაციისა, აბსოლუტური ტენიანობა შეიძლება განისაზღვროს, როგორც ჰაერში წყლის ორთქლის სიმკვრივე მოცემულ ტემპერატურაზე, გამოხატული კილოგრამებში კუბურ მეტრზე (p).

ბუნებაში დაფიქსირებული ფენომენების უმეტესობა, მაგალითად, აორთქლების სიჩქარე, სხვადასხვა ნივთიერებების გაშრობა, მცენარეების გახმობა, არ არის დამოკიდებული ჰაერში წყლის ორთქლის რაოდენობაზე, არამედ იმაზე, თუ რამდენად ახლოს არის ეს რაოდენობა გაჯერებასთან. ანუ ფარდობით ტენიანობაზე, რაც ახასიათებს ჰაერის წყლის ორთქლით გაჯერების ხარისხს. დაბალ ტემპერატურაზე და მაღალ ტენიანობაზე სითბოს გადაცემა იზრდება და ადამიანი ექვემდებარება ჰიპოთერმიას. მაღალ ტემპერატურაზე და ტენიანობაზე, პირიქით, მკვეთრად მცირდება სითბოს გადაცემა, რაც იწვევს სხეულის გადახურებას. ადამიანისთვის ყველაზე ხელსაყრელი საშუალო კლიმატური განედებში არის ფარდობითი ტენიანობა 40-60%. ფარდობითი ტენიანობა არის ჰაერში წყლის ორთქლის (ან წნევის) სიმკვრივის თანაფარდობა მოცემულ ტემპერატურაზე წყლის ორთქლის სიმკვრივესთან (ან წნევასთან) იმავე ტემპერატურაზე, გამოხატული პროცენტულად, ე.ი.

ფარდობითი ტენიანობა მნიშვნელოვნად განსხვავდება. უფრო მეტიც, ფარდობითი ტენიანობის დღიური ცვალებადობა საპირისპიროა ტემპერატურის დღიური ცვალებადობისგან. დღისით ტემპერატურის მატებასთან ერთად და, შესაბამისად, გაჯერების წნევის მატებასთან ერთად მცირდება ფარდობითი ტენიანობა, ღამით კი მატულობს. წყლის ორთქლის იმავე რაოდენობას შეუძლია ჰაერის გაჯერება ან არ გაჯერება. ჰაერის ტემპერატურის დაწევით შესაძლებელია მასში არსებული ორთქლის გაჯერებამდე მიყვანა. ნამის წერტილი არის ტემპერატურა, რომლის დროსაც ჰაერში ორთქლი გაჯერებულია. როდესაც ნამის წერტილი მიიღწევა ჰაერში ან ობიექტებზე, რომლებთანაც ის შედის კონტაქტში, წყლის ორთქლი იწყებს კონდენსაციას. ჰაერის ტენიანობის დასადგენად გამოიყენება ჰიგირომეტრები და ფსიქრომეტრები.

მოლეკულური კინეტიკური თეორია საშუალებას იძლევა არა მხოლოდ გავიგოთ, თუ რატომ შეიძლება იყოს ნივთიერება აირისებრ, თხევად და მყარ მდგომარეობებში, არამედ ახსნას ნივთიერების ერთი მდგომარეობიდან მეორეში გადასვლის პროცესი.

აორთქლება და კონდენსაცია.წყლის ან ნებისმიერი სხვა სითხის რაოდენობა ღია ჭურჭელში თანდათან მცირდება. ხდება სითხის აორთქლება, რომლის მექანიზმი აღწერილია VII კლასის ფიზიკის კურსში. ქაოტური მოძრაობის დროს ზოგიერთი მოლეკულა იძენს ისეთ დიდ კინეტიკურ ენერგიას, რომ ისინი ტოვებენ სითხეს და სძლევენ მიზიდულობის ძალებს დანარჩენი მოლეკულებისგან.

აორთქლების პარალელურად ხდება საპირისპირო პროცესი - შემთხვევით მოძრავი ორთქლის მოლეკულების ნაწილის სითხეში გადასვლა. ამ პროცესს კონდენსაცია ეწოდება. თუ ჭურჭელი ღიაა, მაშინ მოლეკულები, რომლებმაც დატოვეს სითხე, შეიძლება არ დაბრუნდნენ

თხევადი. ამ შემთხვევაში აორთქლება არ კომპენსირდება კონდენსაციის გზით და მცირდება სითხის რაოდენობა. როდესაც ჭურჭლის თავზე ჰაერის ნაკადი ატარებს წარმოქმნილ ორთქლებს, სითხე უფრო სწრაფად აორთქლდება, რადგან ორთქლის მოლეკულას ნაკლები შესაძლებლობა აქვს სითხეში დაბრუნების.

გაჯერებული ორთქლი.თუ თხევადი ჭურჭელი მჭიდროდ არის დახურული, მაშინ მისი ვარდნა მალე შეჩერდება. მუდმივ ტემპერატურაზე „თხევად-ორთქლის“ სისტემა მივა თერმული წონასწორობის მდგომარეობაში და დარჩება მასში თვითნებურად დიდი ხნის განმავლობაში.

პირველ მომენტში სითხის ჭურჭელში ჩასხმის და დახურვის შემდეგ ის აორთქლდება და სითხის ზემოთ ორთქლის სიმკვრივე გაიზრდება. თუმცა, ამავდროულად, სითხეში დაბრუნებული მოლეკულების რაოდენობა გაიზრდება. რაც უფრო დიდია ორთქლის სიმკვრივე, მით მეტია სითხეში დაბრუნებული ორთქლის მოლეკულების რაოდენობა. შედეგად, მუდმივ ტემპერატურაზე დახურულ ჭურჭელში საბოლოოდ დამყარდება დინამიური (მოძრავი) წონასწორობა სითხესა და ორთქლს შორის. სითხის ზედაპირიდან გამოსული მოლეკულების რაოდენობა ტოლი იქნება სითხეში ერთდროულად დაბრუნებული ორთქლის მოლეკულების რაოდენობას. აორთქლების პროცესის პარალელურად ხდება კონდენსაცია და ორივე პროცესი, საშუალოდ, ანაზღაურებს ერთმანეთს.

დინამიურ წონასწორობაში მყოფ ორთქლს თავის სითხესთან ეწოდება გაჯერებული ორთქლი. ეს სახელი ხაზს უსვამს იმას, რომ მოცემული მოცულობა მოცემულ ტემპერატურაზე არ შეიძლება შეიცავდეს მეტ ორთქლს.

თუ თხევადი ჭურჭლის ჰაერი ადრე ამოტუმბულია, მაშინ მხოლოდ გაჯერებული ორთქლი იქნება სითხის ზედაპირის ზემოთ.

გაჯერებული ორთქლის წნევა.რა ბედი ეწევა გაჯერებულ ორთქლს, თუ მის მიერ დაკავებულ მოცულობას შემცირდება, მაგალითად, ორთქლის წონასწორობაში შეკუმშვით დგუშის ქვეშ არსებულ ცილინდრის სითხესთან, ცილინდრის შიგთავსის ტემპერატურის მუდმივი შენარჩუნებით?

როდესაც ორთქლი შეკუმშულია, წონასწორობა დარღვეული იქნება. ორთქლის სიმკვრივე პირველ მომენტში ოდნავ იზრდება და უფრო მეტი მოლეკულა იწყებს გადასვლას გაზიდან სითხეში, ვიდრე თხევადიდან გაზზე. ეს გრძელდება მანამ, სანამ წონასწორობა და სიმკვრივე კვლავ არ დამყარდება და, შესაბამისად, მოლეკულების კონცენტრაცია არ მიიღებს იგივე მნიშვნელობას. ამრიგად, გაჯერებული ორთქლის მოლეკულების კონცენტრაცია მუდმივ ტემპერატურაზე მოცულობისგან დამოუკიდებელია.

ვინაიდან წნევა პროპორციულია კონცენტრაციის ფორმულის შესაბამისად, მაშინ გაჯერებული ორთქლის კონცენტრაციის (ან სიმკვრივის) დამოუკიდებლობისგან მოცულობიდან გამომდინარეობს გაჯერებული ორთქლის წნევის დამოუკიდებლობა იმ მოცულობიდან, რომელსაც ის იკავებს.

მოცულობით დამოუკიდებელ ორთქლის წნევას, რომლის დროსაც სითხე წონასწორობაშია მის ორთქლთან, ეწოდება გაჯერების ორთქლის წნევა.

როდესაც გაჯერებული ორთქლი შეკუმშულია, უფრო და უფრო მეტი ის გადადის თხევად მდგომარეობაში. მოცემული მასის სითხე უფრო მცირე მოცულობას იკავებს, ვიდრე იმავე მასის ორთქლს. შედეგად, მუდმივი სიმკვრივის ორთქლის მოცულობა მცირდება.

სიტყვა „გაზი“ და „ორთქლი“ არაერთხელ გამოგვიყენებია. არ არსებობს ფუნდამენტური განსხვავება გაზსა და ორთქლს შორის და ეს სიტყვები ზოგადად ექვივალენტურია. მაგრამ ჩვენ მიჩვეული ვართ გარემოს ტემპერატურის გარკვეულ, შედარებით მცირე დიაპაზონს. სიტყვა "გაზი" ჩვეულებრივ გამოიყენება იმ ნივთიერებებზე, რომელთა გაჯერების ორთქლის წნევა ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე აღემატება ატმოსფეროს (მაგალითად, ნახშირორჟანგი). პირიქით, ისინი საუბრობენ ორთქლზე, როდესაც ოთახის ტემპერატურაზე გაჯერებული ორთქლის წნევა ატმოსფერულ წნევაზე ნაკლებია და ნივთიერება უფრო სტაბილურია თხევად მდგომარეობაში (მაგალითად, წყლის ორთქლი).

გაჯერებული ორთქლის წნევის დამოუკიდებლობა მოცულობისგან დადგენილია მრავალრიცხოვან ექსპერიმენტებში ორთქლის იზოთერმული შეკუმშვის შესახებ მის სითხესთან წონასწორობაში. დიდი მოცულობის ნივთიერება იყოს აირისებრ მდგომარეობაში. იზოთერმული შეკუმშვის მატებასთან ერთად, იზრდება მისი სიმკვრივე და წნევა (იზოთერმის AB განყოფილება სურათზე 51). როდესაც წნევა მიიღწევა, ორთქლი იწყებს კონდენსაციას. გარდა ამისა, როდესაც გაჯერებული ორთქლი შეკუმშულია, წნევა არ იცვლება მანამ, სანამ მთელი ორთქლი არ გადაიქცევა სითხეში (სწორი ხაზი BC სურათზე 51). ამის შემდეგ, შეკუმშვის დროს წნევა იწყებს მკვეთრად მატებას (მრუდის სეგმენტი, რადგან სითხეები ნაკლებად შეკუმშულია.

51-ზე გამოსახულ მრუდს ნამდვილი აირის იზოთერმი ეწოდება.

სითხის გაჯერების ორთქლის წნევა მკვეთრად იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად. ეს ჩანს სურათი 12-დან, რომელიც გვიჩვენებს ზოგიერთი სითხის ორთქლის წნევის მრუდებს, დაწყებული დნობის წერტილებიდან და დამთავრებული კრიტიკულ წერტილებში.

ბრინჯი. 12. ზოგიერთი სითხის გაჯერების ორთქლის წნევის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე.

სითხის გაჯერებული ორთქლის წნევის ფუნქციური დამოკიდებულება ტემპერატურაზე შეიძლება გამოისახოს განტოლებით (IV, 5), ხოლო კრიტიკული ტემპერატურისგან შორს, განტოლებით (IV, 8).

თუ ვივარაუდებთ, რომ აორთქლების (სუბლიმაციის) სითბო მუდმივია მცირე ტემპერატურის დიაპაზონში, ჩვენ შეგვიძლია გავაერთიანოთ განტოლება (IV, 8)

(IV, 9)

განტოლების (IV, 9) წარმოდგენით განუსაზღვრელი ინტეგრალის სახით, მივიღებთ:

(IV, 10),

სადაც C არის ინტეგრაციის მუდმივი.

ამ განტოლებების შესაბამისად, სითხის (ან კრისტალური ნივთიერების) გაჯერებული ორთქლის წნევის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე შეიძლება გამოიხატოს სწორი ხაზით კოორდინატებში (ამ შემთხვევაში, სწორი ხაზის დახრილობა არის ). ასეთი დამოკიდებულება ხდება მხოლოდ გარკვეულ ტემპერატურულ დიაპაზონში, რომელიც შორს არის კრიტიკულიდან.

სურათი 13 გვიჩვენებს ზოგიერთი სითხის გაჯერებული ორთქლის წნევის დამოკიდებულებას მითითებულ კოორდინატებში, რომელიც დამაკმაყოფილებლად ჯდება სწორ ხაზებში 0-100°C დიაპაზონში.

ბრინჯი. 13. ზოგიერთი სითხის გაჯერებული ორთქლის წნევის ლოგარითმის დამოკიდებულება ორმხრივ ტემპერატურაზე.

თუმცა, განტოლება (IV, 10) არ მოიცავს გაჯერებული ორთქლის წნევის დამოკიდებულებას ტემპერატურაზე მთელ ტემპერატურულ დიაპაზონში - დნობის ტემპერატურიდან კრიტიკულამდე. ერთის მხრივ, აორთქლების სიცხე დამოკიდებულია ტემპერატურაზე და ინტეგრაცია უნდა განხორციელდეს ამ დამოკიდებულების გათვალისწინებით. მეორეს მხრივ, გაჯერებული ორთქლი მაღალ ტემპერატურაზე არ შეიძლება ჩაითვალოს იდეალურ გაზად, რადგან ამავე დროს, მისი წნევა მნიშვნელოვნად იზრდება. მაშასადამე, განტოლება, რომელიც მოიცავს დამოკიდებულებას P = f (T)ფართო ტემპერატურის დიაპაზონში, გარდაუვალი ხდება ემპირიული.

სუპერკრიტიკული მდგომარეობა- მატერიის საერთო მდგომარეობის მეოთხე ფორმა, რომელშიც გადადის მრავალი ორგანული და არაორგანული ნივთიერება.

მატერიის სუპერკრიტიკული მდგომარეობა პირველად აღმოაჩინა კანარ დე ლა ტურმა 1822 წელს. რეალური ინტერესი ახალი ფენომენის მიმართ გაჩნდა 1869 წელს ტ.ენდრიუსის ექსპერიმენტების შემდეგ. სქელკედლიანი მინის მილებში ექსპერიმენტების ჩატარების შედეგად მეცნიერმა გამოიკვლია CO 2-ის თვისებები, რომელიც ადვილად თხევდება წნევის გაზრდით. შედეგად, მან აღმოაჩინა, რომ 31 ° C და 7.2 მპა, მენისკი - სითხისა და მასთან წონასწორობაში მყოფი ორთქლის გამყოფი საზღვარი ქრება, ხოლო სისტემა ხდება ერთგვაროვანი (ერთგვაროვანი) და მთელი მოცულობა რძიან-თეთრ ოპალესენტური სითხის ფორმას იღებს. ტემპერატურის შემდგომი მატებასთან ერთად, ის სწრაფად ხდება გამჭვირვალე და მოძრავი, რომელიც შედგება გამუდმებით მიედინება ჭავლებისგან, რომელიც წააგავს თბილი ჰაერის ნაკადებს გახურებულ ზედაპირზე. ტემპერატურისა და წნევის შემდგომმა მატებამ არ გამოიწვია ხილული ცვლილებები.

წერტილი, სადაც ხდება ასეთი გადასვლა, მან უწოდა კრიტიკული, ხოლო მატერიის მდგომარეობას ამ წერტილის ზემოთ - სუპერკრიტიკული. იმისდა მიუხედავად, რომ გარეგნულად ეს მდგომარეობა სითხეს წააგავს, ახლა მისთვის გამოიყენება სპეციალური ტერმინი - სუპერკრიტიკული სითხე (ინგლისური სიტყვიდან სითხე, ანუ "დინება შეუძლია"). თანამედროვე ლიტერატურაში მიღებულია ზეკრიტიკული სითხეების აბრევიატურა - SCF.

აირისებრი, თხევადი და მყარი მდგომარეობის რეგიონების განმსაზღვრელი ხაზების მდებარეობა, აგრეთვე სამმაგი წერტილის პოზიცია, სადაც სამივე რეგიონი ხვდება, ინდივიდუალურია თითოეული ნივთიერებისთვის. სუპერკრიტიკული რეგიონი იწყება კრიტიკულ წერტილში (მითითებულია ვარსკვლავით), რომელიც აუცილებლად ხასიათდება ორი პარამეტრით - ტემპერატურა ( თ კრ.) და წნევა ( რ კრ.). ტემპერატურის ან წნევის დაქვეითება კრიტიკულ მნიშვნელობებზე დაბლა გამოაქვს ნივთიერებას სუპერკრიტიკული მდგომარეობიდან.

კრიტიკული წერტილის არსებობის ფაქტმა შესაძლებელი გახადა იმის გაგება, თუ რატომ არ შეიძლებოდა ზოგიერთი აირის მიღება, მაგალითად, წყალბადი, აზოტი და ჟანგბადი, დიდი ხნის განმავლობაში თხევადი სახით, მზარდი წნევით, რის გამოც მათ უწოდეს მუდმივი აირები. (ლათინურიდან მუდმივი- "მუდმივი"). ზემოაღნიშნული დიაგრამა აჩვენებს, რომ თხევადი ფაზის არსებობის რეგიონი მდებარეობს კრიტიკული ტემპერატურის ხაზის მარცხნივ. ამრიგად, ნებისმიერი გაზის გათხევადებისთვის, ის ჯერ უნდა გაცივდეს კრიტიკულზე დაბალ ტემპერატურამდე. CO 2-ს აქვს ოთახის ტემპერატურაზე მაღალი კრიტიკული ტემპერატურა, ამიტომ ამ პირობებში მისი გათხევადება შესაძლებელია წნევის გაზრდით. აზოტს აქვს გაცილებით დაბალი კრიტიკული ტემპერატურა, -239,9°C, ასე რომ, თუ ნორმალურ პირობებში შეკუმშავთ აზოტს, საბოლოოდ შეგიძლიათ მიაღწიოთ სუპერკრიტიკულ რეგიონს, მაგრამ თხევადი აზოტი ვერ წარმოიქმნება. აუცილებელია ჯერ აზოტის გაცივება კრიტიკულ ტემპერატურაზე დაბლა და შემდეგ წნევის გაზრდით მიაღწიოს რეგიონს, სადაც შესაძლებელია სითხის არსებობა. ანალოგიური ვითარებაა წყალბადისა და ჟანგბადისთვის (კრიტიკული ტემპერატურაა –118,4°C და –147°C, შესაბამისად), ამიტომ, გათხევადებამდე, ისინი გაცივდებიან კრიტიკულზე დაბალ ტემპერატურამდე და მხოლოდ ამის შემდეგ იზრდება წნევა. სუბსტანციების უმეტესობისთვის შესაძლებელია სუპერკრიტიკული მდგომარეობა, საჭიროა მხოლოდ, რომ ნივთიერება არ დაიშალა კრიტიკულ ტემპერატურაზე. მითითებულ ნივთიერებებთან შედარებით წყლისთვის კრიტიკულ წერტილს დიდი სირთულეებით აღწევს: ტ კრ\u003d 374,2 ° C და რ კრ = 21,4 მპა.

კრიტიკული წერტილი აღიარებულია, როგორც ნივთიერების მნიშვნელოვანი ფიზიკური პარამეტრი, იგივე დნობის ან დუღილის წერტილი. SCF-ის სიმკვრივე განსაკუთრებით დაბალია, მაგალითად, წყალს SCF მდგომარეობაში აქვს სიმკვრივე სამჯერ უფრო დაბალი ვიდრე ნორმალურ პირობებში. ყველა SCF-ს აქვს უკიდურესად დაბალი სიბლანტე.

სუპერკრიტიკული სითხეები არის თხევადი და აირის ჯვარი. მათ შეუძლიათ აირებივით შეკუმშვა (ჩვეულებრივი სითხეები პრაქტიკულად შეკუმშვადია) და, ამავე დროს, შეუძლიათ მრავალი ნივთიერების დაშლა მყარ და თხევად მდგომარეობაში, რაც უჩვეულოა გაზებისთვის. სუპერკრიტიკული ეთანოლი (234°C-ზე ზემოთ ტემპერატურაზე) ძალიან ადვილად ხსნის ზოგიერთ არაორგანულ მარილს (CoCl 2, KBr, KI). ნახშირორჟანგი, აზოტის ოქსიდი, ეთილენი და ზოგიერთი სხვა აირი SCF მდგომარეობაში იძენს უნარს დაითხოვოს მრავალი ორგანული ნივთიერება - სტეარინის მჟავა, პარაფინი, ნაფტალინი. სუპერკრიტიკული CO 2-ის, როგორც გამხსნელის თვისებების კონტროლი შესაძლებელია - წნევის მატებასთან ერთად, მისი დაშლის ძალა მკვეთრად იზრდება.

სუპერკრიტიკული სითხეები ფართოდ გამოიყენეს მხოლოდ 1980-იან წლებში, როდესაც ინდუსტრიული განვითარების ზოგადმა დონემ გახადა SFR ობიექტები ფართოდ ხელმისაწვდომი. ამ მომენტიდან დაიწყო სუპერკრიტიკული ტექნოლოგიების ინტენსიური განვითარება. SCF არ არის მხოლოდ კარგი გამხსნელები, არამედ ნივთიერებები მაღალი დიფუზიის კოეფიციენტით, ე.ი. ისინი ადვილად აღწევენ სხვადასხვა მყარი და მასალების ღრმა ფენებში. სუპერკრიტიკულმა CO 2-მა აღმოაჩინა ყველაზე ფართო გამოყენება, რომელიც აღმოჩნდა გამხსნელი ორგანული ნაერთების ფართო სპექტრისთვის. ნახშირორჟანგი გახდა ლიდერი სუპერკრიტიკული ტექნოლოგიების სამყაროში, როგორც აქვს მთელი რიგი უპირატესობები. მისი გადატანა სუპერკრიტიკულ მდგომარეობაში საკმაოდ მარტივია ( ტ კრ- 31 ° С, რ კრ – 73,8 ბანკომატი), გარდა ამისა, არის არატოქსიკური, აალებადი, ფეთქებადი, უფრო მეტიც, არის იაფი და ხელმისაწვდომი. ნებისმიერი ტექნოლოგის თვალსაზრისით, ის ნებისმიერი პროცესის იდეალური კომპონენტია. ის განსაკუთრებით მიმზიდველია, რადგან ატმოსფერული ჰაერის განუყოფელი ნაწილია და, შესაბამისად, არ აბინძურებს გარემოს. სუპერკრიტიკული CO 2 შეიძლება ჩაითვალოს ეკოლოგიურად აბსოლუტურად სუფთა გამხსნელად.

ახლა სუპერკრიტიკული სითხეების გამოყენების ორი დამოუკიდებელი მიმართულება განვითარდა და ნაყოფიერად თანაარსებობს. ეს ორი მიმართულება განსხვავდება ამ სუპერკრიტიკული მედიის დახმარებით მიღწეული საბოლოო მიზნებით. პირველ შემთხვევაში, SCF-ები გამოიყენება სხვადასხვა მასალის, პროდუქტის ან წარმოების ნარჩენებისგან საჭირო ნივთიერებების ამოსაღებად. და ამაში დიდი ეკონომიკური ინტერესია. მეორე შემთხვევაში, SCF გამოიყენება უშუალოდ ღირებული, ხშირად ახალი ქიმიური გარდაქმნების განსახორციელებლად. ხაზგასმით უნდა აღინიშნოს, რომ SCF-ის, როგორც ექსტრაქტორების უპირატესობები, უპირველეს ყოვლისა, განპირობებულია იმით, რომ მათ შეუძლიათ უკიდურესად ეფექტურად დაითხოვონ არაპოლარული ნაერთები, მათ შორის მყარი. ამ მთავარ უპირატესობას მკვეთრად აძლიერებს SCF-ების მაღალი დიფუზიურობა, რაც უკვე აღვნიშნეთ და მათი განსაკუთრებული დაბალი სიბლანტე. ორივე ეს უკანასკნელი მახასიათებელი იწვევს იმ ფაქტს, რომ მოპოვების მაჩვენებელი უკიდურესად მაღალი ხდება. მოდი მხოლოდ რამდენიმე მაგალითი მოვიყვანოთ.

ამრიგად, საპოხი ზეთების დეასფალტირება ხდება სუპერკრიტიკული პროპანის გამოყენებით. ნედლი ნავთობი იხსნება სუპერკრიტიკულ პროპანში შესამჩნევად უფრო მაღალი წნევის ქვეშ რ კრ. ამ შემთხვევაში, ყველაფერი გადადის ხსნარში, გარდა მძიმე ასფალტის ფრაქციებისა. ზეკრიტიკულ სითხესა და ასფალტის ფრაქციას შორის სიბლანტის უზარმაზარი განსხვავების გამო, მექანიკური გამოყოფა ძალიან მარტივია. შემდეგ სუპერკრიტიკული ხსნარი შედის გაფართოების ავზებში, რომლებშიც წნევა თანდათან მცირდება, თუმცა უფრო მაღალი რჩება. რ კრბოლო ტანკამდე. ამ ავზებში, ზეთების თანდათანობით მსუბუქი მინარევების ფრაქციები თანმიმდევრულად გამოიყოფა ხსნარიდან მათი ხსნადობის შემცირების გამო წნევის შემცირებით. თითოეულ ამ კონტეინერში ფაზების განცალკევება კვლავ ძალიან ადვილია მათი სიბლანტის მკვეთრი განსხვავების გამო. ბოლო ავზში წნევა უფრო დაბალია რ კრ, პროპანი ორთქლდება, რის შედეგადაც გამოიყოფა არასასურველი მინარევებისაგან გაწმენდილი ზეთი.

კოფეინი, პრეპარატი, რომელიც გამოიყენება გულ-სისხლძარღვთა სისტემის აქტივობის გასაუმჯობესებლად, მიიღება ყავის მარცვლებისგან მათი წინასწარი დაფქვის გარეშეც კი. ექსტრაქციის სისრულე მიიღწევა SCF-ის მაღალი შეღწევადობის უნარის გამო. მარცვლები მოთავსებულია ავტოკლავში - კონტეინერში, რომელიც უძლებს გაზრდილ წნევას, შემდეგ მასში იკვებება აირისებრი CO 2, შემდეგ იქმნება საჭირო წნევა (> 73). ბანკომატი), შედეგად, CO 2 გადადის სუპერკრიტიკულ მდგომარეობაში. ყველა შიგთავსს ურევენ, რის შემდეგაც სითხე გახსნილ კოფეინთან ერთად ასხამენ ღია კონტეინერში. ნახშირორჟანგი, ატმოსფერული წნევის ქვეშ, იქცევა გაზად და მიფრინავს ატმოსფეროში, ხოლო მოპოვებული კოფეინი სუფთა სახით რჩება ღია კონტეინერში.

დღეისათვის H 2-ის მაღალ ხსნადობას სუპერკრიტიკულ სითხეებში დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს, ვინაიდან ჰიდროგენიზაციის სასარგებლო პროცესები ძალზე გავრცელებულია. მაგალითად, შემუშავებულია ეფექტური პროცესი CO 2-ის კატალიზური ჰიდროგენიზაციისთვის სუპერკრიტიკულ მდგომარეობაში, რაც იწვევს ჭიანჭველა მჟავას წარმოქმნას. პროცესი ძალიან სწრაფი და სუფთაა.

ამ გაკვეთილზე ჩვენ გავაანალიზებთ გარკვეულწილად სპეციფიკური გაზის - გაჯერებული ორთქლის თვისებებს. ჩვენ განვსაზღვრავთ ამ გაზს, აღვნიშნავთ, თუ როგორ განსხვავდება ის ძირეულად იმ იდეალური გაზებისგან, რომლებიც ადრე განვიხილეთ და, უფრო კონკრეტულად, როგორ განსხვავდება გაჯერებული გაზის წნევის დამოკიდებულება. ასევე ამ გაკვეთილზე განიხილება და აღწერილი იქნება ისეთი პროცესი, როგორიცაა ადუღება.

გაჯერებულ ორთქლსა და იდეალურ გაზს შორის განსხვავებების გასაგებად, თქვენ უნდა წარმოიდგინოთ ორი ექსპერიმენტი.

ჯერ ავიღოთ ჰერმეტულად დალუქული ჭურჭელი წყლით და დავიწყოთ მისი გაცხელება. ტემპერატურის მატებასთან ერთად სითხის მოლეკულებს ექნებათ მზარდი კინეტიკური ენერგია და მოლეკულების მზარდი რაოდენობა შეძლებს სითხიდან თავის დაღწევას (იხ. სურ. 2), შესაბამისად, გაიზრდება ორთქლის კონცენტრაცია და, შესაბამისად, მისი წნევა. ასე რომ, პირველი პოზიცია:

გაჯერებული ორთქლის წნევა დამოკიდებულია ტემპერატურაზე

ბრინჯი. 2.

თუმცა, ეს დებულება საკმაოდ მოსალოდნელია და არა ისეთი საინტერესო, როგორც ქვემოთ. თუ თქვენ მოათავსებთ სითხეს თავისი გაჯერებული ორთქლით მოძრავი დგუშის ქვეშ და დაიწყებთ ამ დგუშის დაწევას, მაშინ, უდავოდ, გაჯერებული ორთქლის კონცენტრაცია გაიზრდება მოცულობის შემცირების გამო. თუმცა, გარკვეული პერიოდის შემდეგ, ორთქლი სითხესთან ერთად გადავა ახალ დინამიურ წონასწორობაში ორთქლის ჭარბი რაოდენობის კონდენსირებით და წნევა საბოლოოდ არ შეიცვლება. გაჯერებული ორთქლის თეორიის მეორე პოზიცია:

გაჯერებული ორთქლის წნევა არ არის დამოკიდებული მოცულობაზე

ახლა უნდა აღინიშნოს, რომ გაჯერებული ორთქლის წნევა, მართალია, ტემპერატურაზეა დამოკიდებული, იდეალური გაზის მსგავსად, მაგრამ ამ დამოკიდებულების ბუნება გარკვეულწილად განსხვავებულია. ფაქტია, რომ, როგორც MKT-ის ძირითადი განტოლებიდან ვიცით, გაზის წნევა დამოკიდებულია როგორც ტემპერატურაზე, ასევე გაზის კონცენტრაციაზე. და ამიტომ, გაჯერებული ორთქლის წნევა დამოკიდებულია ტემპერატურაზე არაწრფივად, სანამ ორთქლის კონცენტრაცია არ გაიზრდება, ანუ სანამ მთელი სითხე არ აორთქლდება. ქვემოთ მოცემული გრაფიკი (ნახ. 3) გვიჩვენებს გაჯერებული ორთქლის წნევის დამოკიდებულების ბუნებას ტემპერატურაზე,

ბრინჯი. 3

უფრო მეტიც, არაწრფივი მონაკვეთიდან წრფივზე გადასვლა უბრალოდ ნიშნავს მთელი სითხის აორთქლების წერტილს. ვინაიდან გაჯერებული გაზის წნევა დამოკიდებულია მხოლოდ ტემპერატურაზე, შესაძლებელია აბსოლუტურად ცალსახად განისაზღვროს რა იქნება გაჯერებული ორთქლის წნევა მოცემულ ტემპერატურაზე. ეს კოეფიციენტები (ისევე როგორც გაჯერებული ორთქლის სიმკვრივის მნიშვნელობები) ჩამოთვლილია სპეციალურ ცხრილში.

მოდით ახლა ყურადღება მივაქციოთ ისეთ მნიშვნელოვან ფიზიკურ პროცესს, როგორიცაა დუღილი. მერვე კლასში ადუღება უკვე განისაზღვრა, როგორც აორთქლებაზე უფრო ინტენსიური აორთქლების პროცესი. ახლა ჩვენ გარკვეულწილად გავაფართოვებთ ამ კონცეფციას.

განმარტება. მდუღარე- აორთქლების პროცესი ხდება სითხის მთელ მოცულობაში. რა არის დუღილის მექანიზმი? ფაქტია, რომ წყალში ყოველთვის არის გახსნილი ჰაერი და ტემპერატურის მატების შედეგად მცირდება მისი ხსნადობა და წარმოიქმნება მიკრობუშტები. ვინაიდან ჭურჭლის ფსკერი და კედლები არ არის იდეალურად გლუვი, ეს ბუშტები ეკვრის ჭურჭლის შიგნით არსებულ დარღვევებს. ახლა წყალი-ჰაერის განყოფილება არსებობს არა მხოლოდ წყლის ზედაპირზე, არამედ წყლის მოცულობის შიგნითაც და წყლის მოლეკულები იწყებენ ბუშტებში გადასვლას. ამრიგად, გაჯერებული ორთქლი ჩნდება ბუშტების შიგნით. გარდა ამისა, ეს ბუშტები იწყებენ ცურვას, მატულობენ მოცულობაში და იღებენ უფრო მეტ წყლის მოლეკულებს საკუთარ თავში და იფეთქებენ ზედაპირზე, ათავისუფლებენ გაჯერებულ ორთქლს გარემოში (ნახ. 4).

ბრინჯი. 4. დუღილის პროცესი ()

ამ ბუშტების წარმოქმნისა და ასვლის პირობაა შემდეგი უთანასწორობა: გაჯერებული ორთქლის წნევა ატმოსფერულ წნევაზე მეტი ან ტოლი უნდა იყოს.

ამრიგად, რადგან გაჯერებული ორთქლის წნევა დამოკიდებულია ტემპერატურაზე, დუღილის წერტილი განისაზღვრება გარემოს წნევით: რაც უფრო დაბალია ის, მით უფრო დაბალია ტემპერატურა, რომელზეც სითხე დუღს და პირიქით.

შემდეგ გაკვეთილზე დავიწყებთ ხისტი სხეულების თვისებების განხილვას.

ბიბლიოგრაფია

1. მიაკიშევი გ.ია., სინიაკოვი ა.ზ. მოლეკულური ფიზიკა. თერმოდინამიკა. - M.: Bustard, 2010 წ.
2. Gendenstein L.E., Dick Yu.I. ფიზიკა მე-10 კლასი. - მ.: ილექსა, 2005 წ.
3. კასიანოვი V.A. ფიზიკა მე-10 კლასი. - M.: Bustard, 2010 წ.

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

Საშინაო დავალება

1. გვერდი 74: No546-550. ფიზიკა. დავალების წიგნი. 10-11 კლასები. რიმკევიჩი A.P. - M.: Bustard, 2013. ()
2. რატომ არ შეუძლიათ მთამსვლელებმა კვერცხების მოხარშვა სიმაღლეზე?
3. რა გზებით შეგიძლიათ ცხელი ჩაის გაგრილება? დაასაბუთეთ ისინი ფიზიკის თვალსაზრისით.
4. რატომ უნდა შემცირდეს გაზის წნევა სანთურზე წყლის ადუღების შემდეგ?
5. * როგორ შეიძლება წყლის გაცხელება ას გრადუს ცელსიუსზე მაღლა?

პრეზენტაციების წინასწარი გადახედვის გამოსაყენებლად შექმენით Google ანგარიში (ანგარიში) და შედით: https://accounts.google.com

სლაიდების წარწერები:

გაჯერებული ორთქლი. გაჯერებული ორთქლის წნევის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე. ტენიანობა. გუსევა ნ.პ. მემორანდუმის №41 საშუალო სკოლა, სარატოვი

აორთქლება ნივთიერების თხევადი მდგომარეობიდან აირის მდგომარეობაში გადასვლის პროცესი არის აორთქლება; საპირისპირო პროცესს ეწოდება კონდენსაცია; აორთქლება ხდება ნებისმიერ ტემპერატურაზე, გარდა აბსოლუტური ნულისა; სითხის აორთქლების სიჩქარე დამოკიდებულია ტემპერატურაზე, აორთქლებული ზედაპირის ფართობზე, სითხის ტიპზე და ქარზე.

დუღილი - აორთქლების პროცესი, რომელიც მიმდინარეობს სითხის მთელ მოცულობაში. დუღილის წერტილი არის სითხის ტემპერატურა, რომლის დროსაც მისი გაჯერებული ორთქლის წნევა უდრის ან აღემატება გარე წნევას. დუღილის შესანარჩუნებლად სითბო უნდა მიეწოდოს სითხეს, რომელიც იხარჯება აორთქლებაზე, რადგან ორთქლის შიდა ენერგია მეტია იმავე მასის სითხის შიდა ენერგიაზე. დუღილის პროცესში სითხის ტემპერატურა მუდმივი რჩება.

ორთქლი არის გაზი, რომელიც წარმოიქმნება აორთქლებული თხევადი მოლეკულებით. განტოლება p \u003d nkT მისთვის მართალია. მთავარი განსხვავება იდეალური გაზისა და გაჯერებული ორთქლის ქცევაში: როდესაც იცვლება ორთქლის ტემპერატურა დახურულ ჭურჭელში (ან როდესაც მოცულობა იცვლება მუდმივ ტემპერატურაზე), იცვლება ორთქლის მასა. სითხე ნაწილობრივ იქცევა ორთქლად, ან, პირიქით, ორთქლი ნაწილობრივ კონდენსირდება. იდეალური გაზით მსგავსი არაფერი ხდება.

გაჯერებული ორთქლის მთავარი თვისება ის არის, რომ ორთქლის წნევა მუდმივ ტემპერატურაზე არ არის დამოკიდებული მოცულობაზე. როდესაც მთელი სითხე აორთქლდება, ორთქლი, შემდგომი გახურებისას, შეწყვეტს გაჯერებას და მისი წნევა მუდმივ მოცულობაზე გაიზრდება აბსოლუტური ტემპერატურის პირდაპირპროპორციულად (იხ. ნახ. 11.1, BC მრუდის მონაკვეთი). p = nkT

რა პირობებში იწყება დუღილი? სითხე ყოველთვის შეიცავს გახსნილ გაზებს, რომლებიც გამოიყოფა ჭურჭლის ფსკერზე და კედლებზე, აგრეთვე სითხეში შეჩერებულ მტვრის ნაწილაკებზე, რომლებიც აორთქლების ცენტრებია. ბუშტების შიგნით თხევადი ორთქლები გაჯერებულია. ტემპერატურის მატებასთან ერთად ორთქლის წნევა მატულობს და ბუშტები ზომაში იზრდება. გამაძლიერებელი ძალის მოქმედებით, ისინი ცურავს ზემოთ. დუღილი იწყება მაშინ, როდესაც ბუშტების შიგნით გაჯერებული ორთქლის წნევა თანაბარი და მეტი ხდება ვიდრე გარე წნევა და თხევადი სვეტის ჰიდროსტატიკური წნევა.

რაც უფრო დიდია გარე წნევა, მით უფრო მაღალია დუღილის წერტილი. ასე რომ, ორთქლის ქვაბში 1,6 10 6 Pa ზეწოლის დროს წყალი 200°C ტემპერატურაზეც კი არ დუღდება. სამედიცინო დაწესებულებებში ჰერმეტულად დალუქულ ჭურჭელში - ავტოკლავებში (სურ. 11.2), წყალი ასევე დუღს მაღალი წნევით. ამიტომ სითხის დუღილის წერტილი 100°C-ზე გაცილებით მაღალია. ავტოკლავები გამოიყენება ქირურგიული ინსტრუმენტების სტერილიზაციისთვის და ა.შ.

გარე წნევის შემცირებით, ჩვენ ამით ვამცირებთ დუღილის წერტილს. კოლბიდან ჰაერისა და წყლის ორთქლის ამოტუმბვით შეგიძლიათ წყლის ადუღება ოთახის ტემპერატურაზე (სურ. 11.3). მთებზე ასვლისას ატმოსფერული წნევა იკლებს, ამიტომ დუღილის წერტილი იკლებს. 7134 მ სიმაღლეზე (ლენინის მწვერვალი პამირში) წნევა დაახლოებით ტოლია (300 მმ Hg). წყალი იქ დუღს დაახლოებით 70°C-ზე. ამ პირობებში ხორცის მოხარშვა შეუძლებელია.

რა პროცესს ეწოდება აორთქლება? რა ფაქტორები მოქმედებს სითხის აორთქლების სიჩქარეზე? რა პროცესს ეწოდება კონდენსაცია? როგორ ავხსნათ აორთქლების პროცესები MKT-ის თვალსაზრისით? რატომ ახლავს აორთქლებას სითხის ტემპერატურის დაქვეითება?

5. რატომ არ იცვლება სითხის ტემპერატურა დუღილის დროს, თუმცა სითხე აგრძელებს ენერგიის მიღებას გამათბობელიდან? 6. რა ძალა ამაღლებს ბუშტებს სითხის ზედაპირზე? 7. შესაძლებელია თუ არა წყლის ადუღება 100°C-ზე დაბალ ტემპერატურაზე?

ჰაერის ტენიანობა დედამიწის ატმოსფეროში არის 13 - 15 ათასი კმ 3 წყალი წვეთების, კრისტალების და წყლის ორთქლის სახით. ჰაერში წყლის ორთქლის რაოდენობას ტენიანობა ეწოდება. ტენიანობა ხასიათდება: ნაწილობრივი წნევა (p) - წნევა, რომელსაც გამოიმუშავებს წყლის ორთქლი, ყველა სხვა აირის არარსებობის შემთხვევაში; ფარდობითი ტენიანობა (φ) - ჰაერში მოცემულ ტემპერატურაზე შემავალი წყლის ორთქლის ნაწილობრივი წნევის თანაფარდობა იმავე ტემპერატურაზე გაჯერებული ორთქლის p წნევასთან.

ამინდის პროგნოზი მიუთითებს ფარდობითი ტენიანობის მნიშვნელობაზე პროცენტებში! ფარდობითი ტენიანობა მიუთითებს იმაზე, თუ რამდენად ახლოს არის ჰაერის წყლის ორთქლის შემცველობა გაჯერებასთან. 100% ფარდობითი ტენიანობის დროს ჰაერში არის გაჯერებული წყლის ორთქლი. როგორც ზედმეტი მშრალი ჰაერი, ასევე მაღალი ტენიანობა საზიანოა ადამიანის ჯანმრთელობისთვის. ადამიანისთვის ჰაერის ყველაზე კომფორტული ტენიანობა 40-60%-ის ფარგლებშია.