În condiții naturale, aburul este considerat un gaz. El poate fi bogatși nesaturat, care depinde de densitatea, temperatura și presiunea acestuia.
Un vapor aflat în echilibru dinamic cu propriul său lichid este bogat.
Echilibrul dinamic între lichid și vapori apare atunci când numărul de molecule emise de pe suprafața liberă a lichidului este egal cu numărul de molecule care se întorc la acesta.
Într-un vas deschis, echilibrul dinamic este perturbat, iar vaporii devin nesaturat, deoarece un anumit număr de molecule se evaporă în atmosferă și nu revin în lichid.
Abur saturat format într-un vas închis deasupra suprafeţei libere a lichidului.
Saturatși nesaturat aburi au proprietăți diferite. Să le explorăm.
| Orez. 3.2. Compresie izotermă a vaporilor |
Concentrația moleculei abur saturat nu depinde de volumul ei.
Lasa abur nesaturat la o temperatură T se află într-un cilindru cu piston (Fig. 3.2). Să începem să-l comprimăm încet pentru a asigura un proces izoterm (secțiunea AB). În primul rând, dacă vaporii sunt rarificati semnificativ, dependența presiunii de volum va corespunde legii lui Boyle-la-Mariotte pentru un gaz ideal: pV= const. Cu toate acestea, odată cu o scădere a volumului de abur nesaturat (o creștere a densității acestuia), începe să se observă o abatere de la acesta. O comprimare izotermă suplimentară a vaporilor duce la faptul că acesta începe să se condenseze (punctul B), se formează picături de lichid în cilindru și vaporii devin saturati. Densitatea sa și, prin urmare, concentrația de molecule, capătă o valoare maximă pentru o anumită temperatură. Ele nu depind de volumul ocupat de aburul saturat și sunt determinate de presiunea și temperatura acestuia.
Când este comprimat abur saturat(secțiunea BC) presiunea sa nu se va schimba ( p= const). Acest lucru se datorează faptului că, odată cu scăderea volumului, vaporii saturati se condensează, formând un lichid. Cota sa în volumul cilindrului crește tot timpul, iar volumul ocupat de aburul saturat scade. Aceasta continuă până când toți vaporii saturați s-au lichefiat (punctul C).
O scădere suplimentară a volumului determină o creștere rapidă a presiunii (secțiunea DC), deoarece lichidele sunt aproape incompresibile. material de pe site
Deci, sub compresie izotermă abur nesaturat mai întâi (la densitate scăzută) prezintă proprietățile unui gaz ideal. Când devine aburul bogat, proprietățile sale sunt supuse altor legi. În special, la temperaturi scăzute, starea sa este aproximativ descrisă de ecuație p = nkt, când concentraţia moleculelor nu depinde de volumul ocupat de gaz. Graficul presiunii p din volum V, prezentată în fig. 3.2, numit izoterma gazelor reale.
Izoterme ale gazelor reale caracterizează starea sa de echilibru cu lichidul. Compatibilitatea lor vă permite să determinați dependența de presiune abur saturat de la temperatură.
Pe această pagină, material pe teme:
Creșterea presiunii izoterme a vaporilor nesaturați
Ce este caracteristic aburului saturat din punct de vedere molecular
Aburul saturat și proprietățile sale pe scurt
Care este caracteristica aburului saturat din punct de vedere molecular?
Ce este caracteristic unui gaz saturat din punct de vedere molecular
Întrebări despre acest articol:
Dacă un pahar de apă deschis este lăsat mult timp, atunci apa se va evapora complet. Mai degrabă se va evapora. Ce este evaporarea și de ce apare?
2.7.1 Evaporare și condensare
La o anumită temperatură, moleculele unui lichid au viteze diferite. Vitezele majorității moleculelor sunt apropiate de o anumită valoare medie (caracteristică acestei temperaturi). Dar există molecule ale căror viteze diferă semnificativ de medie, atât în sus, cât și în jos.
Pe fig. 2.16 prezintă un grafic aproximativ al distribuției moleculelor lichide în funcție de viteze. Fondul albastru arată majoritatea moleculelor ale căror viteze sunt grupate în jurul valorii medii. Coada roșie a graficului este un număr mic de molecule ¾rapide ale căror viteze depășesc semnificativ viteza medie a majorității moleculelor lichide.
Numărul de molecule
molecule rapide
Viteza moleculei
Orez. 2.16. Distribuția vitezei moleculelor
Când o astfel de moleculă foarte rapidă se află pe suprafața liberă a lichidului (adică la interfața dintre lichid și aer), energia cinetică a acestei molecule poate fi suficientă pentru a depăși forțele atractive ale altor molecule și pentru a zbura din lichid. Acest proces este evaporarea, iar moleculele care părăsesc lichidul formează vapori.
Deci, evaporarea este procesul de transformare a unui lichid în vapori, care are loc pe suprafața liberă a lichidului7.
Se poate întâmpla ca după ceva timp molecula de vapori să revină înapoi la lichid.
Procesul de tranziție a moleculelor de vapori în lichid se numește condensare. Condensarea vaporilor este procesul invers al evaporării lichidului.
2.7.2 echilibru dinamic
Ce se întâmplă dacă un recipient cu lichid este închis ermetic? Densitatea vaporilor deasupra suprafeței lichidului va începe să crească; Particulele de vapori vor împiedica din ce în ce mai mult alte molecule lichide să zboare, iar viteza de evaporare va scădea. Va începe în același timp
7 În condiții speciale, transformarea lichidului în vapori poate avea loc pe întregul volum al lichidului. Acest proces vă este bine cunoscut, această fierbere.
p n = n RT:
viteza de condensare crește, deoarece odată cu creșterea concentrației de vapori, numărul de molecule care se întorc în lichid va deveni din ce în ce mai mare.
În cele din urmă, la un moment dat, viteza de condensare va fi egală cu viteza de evaporare. Între lichid și vapori va apărea un echilibru dinamic: pe unitatea de timp, tot atâtea molecule vor zbura din lichid pe măsură ce se întorc la el din vapori. Începând din acest moment, cantitatea de lichid va înceta să scadă, iar cantitatea de vapori va crește; aburul va ajunge la ¾saturație¿.
Aburul saturat este aburul care se află în echilibru dinamic cu lichidul său. Un vapor care nu a atins o stare de echilibru dinamic cu un lichid se numește nesaturat.
Presiunea și densitatea vaporilor saturați se notează pn in. Evident, pn in este presiunea și densitatea maximă pe care le poate avea aburul la o anumită temperatură. Cu alte cuvinte, presiunea și densitatea vaporilor saturați depășesc întotdeauna presiunea și densitatea vaporilor nesaturați.
2.7.3 Proprietățile aburului saturat
Se pare că starea aburului saturat (în special a aburului nesaturat) poate fi descrisă aproximativ prin ecuația de stare a unui gaz ideal (ecuația lui Mendeleev Clapeyron). În special, avem o relație aproximativă între presiunea vaporilor saturați și densitatea acesteia:
Acesta este un fapt foarte surprinzător, confirmat prin experiment. Într-adevăr, prin proprietățile sale, aburul saturat diferă semnificativ de un gaz ideal. Enumerăm cele mai importante dintre aceste diferențe.
1. La o temperatură constantă, densitatea vaporilor saturați nu depinde de volumul acestuia.
Dacă, de exemplu, vaporii saturati sunt comprimați izotermic, atunci densitatea sa va crește în primul moment, viteza de condensare va depăși rata de evaporare și o parte din vapori se va condensa în lichid până când se va atinge din nou echilibrul dinamic, în care densitatea vaporilor revine la valoarea anterioară.
În mod similar, în timpul expansiunii izoterme a vaporilor saturați, densitatea acestuia va scădea în primul moment (vaporii vor deveni nesaturați), viteza de evaporare va depăși viteza de condensare, iar lichidul se va evapora suplimentar până când echilibrul dinamic este din nou stabilit, adică până când vaporii devin din nou saturati cu aceeasi densitate.
2. Presiunea vaporilor saturați nu depinde de volumul acestuia.
Aceasta rezultă din faptul că densitatea vaporilor saturați nu depinde de volum, iar presiunea este legată în mod unic de densitate prin ecuația (2.6).
După cum puteți vedea, legea lui Boyle Mariotte, care este valabilă pentru gazele ideale, nu este valabilă pentru aburul saturat. Acest lucru nu este surprinzător, deoarece este derivat din ecuația lui Mendeleev Clapeyron în ipoteza că masa gazului rămâne constantă.
3. La un volum constant, densitatea vaporilor saturați crește odată cu creșterea temperaturii și scade odată cu scăderea temperaturii.
Într-adevăr, pe măsură ce temperatura crește, crește viteza de evaporare a lichidului. Echilibrul dinamic este perturbat în primul moment, iar în plus
evaporarea unor lichide. Perechea va fi adăugată până când echilibrul dinamic este restabilit.
În același mod, pe măsură ce temperatura scade, viteza de evaporare a lichidului devine mai mică, iar o parte din vapori se condensează până la restabilirea echilibrului dinamic, dar cu mai puțini vapori.
Astfel, în timpul încălzirii sau răcirii izocorice a aburului saturat, masa acestuia se modifică, astfel încât legea lui Charles nu funcționează în acest caz. Dependența presiunii vaporilor de saturație de temperatură nu va mai fi o funcție liniară.
4. Presiunea vaporilor saturați crește cu temperatura mai repede decât liniar.
Într-adevăr, odată cu creșterea temperaturii, densitatea vaporilor saturați crește, iar conform ecuației (2.6), presiunea este proporțională cu produsul dintre densitate și temperatură.
Dependența presiunii vaporilor saturați de temperatură este exponențială (Fig. 2.17). Este reprezentată de secțiunea 1–2 a graficului. Această dependență nu poate fi derivată din legile unui gaz ideal.
abur izocor
Orez. 2.17. Presiunea aburului în funcție de temperatură
La punctul 2, tot lichidul se evaporă; cu o creștere suplimentară a temperaturii, vaporii devin nesaturați, iar presiunea acestuia crește liniar conform legii Charles (segmentul 2–3).
Reamintim că creșterea liniară a presiunii unui gaz ideal este cauzată de o creștere a intensității impactului moleculelor asupra pereților vasului. În cazul încălzirii unui vapor saturat, moleculele încep să bată nu numai mai puternic, ci mai des, deoarece vaporii devin mai mari. Acțiunea simultană a acestor doi factori a determinat o creștere exponențială a presiunii vaporilor de saturație.
2.7.4 Umiditatea aerului
Umiditatea absolută este presiunea parțială a vaporilor de apă din aer (adică presiunea pe care vaporii de apă ar exercita-o singuri, în absența altor gaze). Uneori, umiditatea absolută este numită și densitatea vaporilor de apă din aer.
Umiditatea relativă „este raportul dintre presiunea parțială a vaporilor de apă din ea și presiunea vaporilor de apă saturati la aceeași temperatură. De regulă, aceasta este
raportul este exprimat ca procent:
" = p 100%: pn
Din ecuația Mendeleev-Clapeyron (2.6) rezultă că raportul presiunilor de vapori este egal cu raportul densităților. Deoarece ecuația (2.6), ne amintim, descrie aburul saturat doar aproximativ, avem o relație aproximativă:
" = 100%:n
Psihrometrul este unul dintre instrumentele care măsoară umiditatea aerului. Include două termometre, dintre care rezervorul unuia este învelit într-o cârpă umedă. Cu cât umiditatea este mai mică, cu atât evaporarea apei din țesătură este mai intensă, cu atât rezervorul termometrului „umed” este mai răcit și diferența dintre citirile acestuia și cele ale termometrului uscat este mai mare. În funcție de această diferență, folosind un tabel psicrometric special, se determină umiditatea aerului.
Teoria cinetică moleculară permite nu numai să înțelegem de ce o substanță poate fi în stare gazoasă, lichidă și solidă, ci și să explice procesul de tranziție a unei substanțe de la o stare la alta.
Evaporare și condensare. Cantitatea de apă sau orice alt lichid dintr-un vas deschis scade treptat. Are loc evaporarea lichidului, al cărui mecanism a fost descris în cursul fizicii din clasa a VII-a. În timpul mișcării haotice, unele molecule capătă o energie cinetică atât de mare încât părăsesc lichidul, depășind forțele de atracție de la restul moleculelor.
Concomitent cu evaporarea, are loc procesul invers - tranziția unei părți din moleculele de vapori care se mișcă aleator într-un lichid. Acest proces se numește condensare. Dacă vasul este deschis, atunci moleculele care au părăsit lichidul s-ar putea să nu se întoarcă
lichid. În aceste cazuri, evaporarea nu este compensată prin condensare și cantitatea de lichid scade. Când fluxul de aer peste vas duce vaporii formați, lichidul se evaporă mai repede, deoarece molecula de vapori are mai puține șanse de a reveni din nou la lichid.
Abur saturat. Dacă vasul cu lichid este închis etanș, atunci declinul său se va opri în curând. La o temperatură constantă, sistemul „lichid - vapori” va ajunge într-o stare de echilibru termic și va rămâne în el pentru o perioadă de timp arbitrar.
În primul moment, după ce lichidul este turnat în vas și închis, acesta se va evapora și densitatea vaporilor de deasupra lichidului va crește. Totuși, în același timp, numărul de molecule care se întorc în lichid va crește. Cu cât densitatea vaporilor este mai mare, cu atât este mai mare numărul de molecule de vapori returnate în lichid. Ca urmare, într-un vas închis la o temperatură constantă, se va stabili în cele din urmă un echilibru dinamic (în mișcare) între lichid și vapori. Numărul de molecule care părăsesc suprafața lichidului va fi egal cu numărul de molecule de vapori care se întorc în lichid în același timp. Concomitent cu procesul de evaporare, are loc condensul și ambele procese, în medie, se compensează reciproc.
Aburul aflat în echilibru dinamic cu lichidul său se numește abur saturat. Acest nume subliniază faptul că un anumit volum la o anumită temperatură nu poate conține mai mult abur.
Dacă aerul din vasul cu lichid este pompat anterior, atunci numai vaporii saturati vor fi deasupra suprafeței lichidului.
Presiunea aburului saturat. Ce se întâmplă cu aburul saturat dacă volumul pe care îl ocupă este redus, de exemplu, prin comprimarea vaporilor în echilibru cu lichidul dintr-un cilindru sub piston, menținând constantă temperatura conținutului cilindrului?
Când vaporii sunt comprimați, echilibrul va începe să fie perturbat. În primul moment, densitatea vaporilor crește ușor și mai multe molecule încep să treacă de la gaz la lichid decât de la lichid la gaz. Aceasta continuă până când echilibrul și densitatea sunt din nou stabilite și, prin urmare, concentrația de molecule nu ia aceeași valoare. Concentrația moleculelor de vapori saturați este deci independentă de volum la temperatură constantă.
Deoarece presiunea este proporțională cu concentrația conform formulei, atunci din independența concentrației (sau a densității) vaporilor saturați față de volum urmează independența presiunii vaporilor saturați față de volumul pe care îl ocupă.
Presiunea de vapori independentă de volum la care un lichid este în echilibru cu vaporii săi se numește presiune de vapori de saturație.
Când vaporii saturati sunt comprimați, din ce în ce mai mulți dintre ei intră în stare lichidă. Un lichid cu o masă dată ocupă un volum mai mic decât un vapor de aceeași masă. Ca urmare, volumul de vapori la o densitate constantă scade.
Am folosit de multe ori cuvintele „gaz” și „abur”. Nu există nicio diferență fundamentală între gaz și abur, iar aceste cuvinte sunt în general echivalente. Dar suntem obișnuiți cu o anumită gamă relativ mică de temperatură ambientală. Cuvântul „gaz” se aplică de obicei acelor substanțe a căror presiune de saturație a vaporilor la temperaturi obișnuite este peste cea atmosferică (de exemplu, dioxid de carbon). Dimpotrivă, se vorbește de abur atunci când, la temperatura camerei, presiunea vaporilor saturați este mai mică decât presiunea atmosferică, iar substanța este mai stabilă în stare lichidă (de exemplu, vaporii de apă).
Independența presiunii vaporilor saturați față de volum a fost stabilită în numeroase experimente privind compresia izotermă a vaporilor în echilibru cu lichidul acestuia. Lăsați substanța în volume mari să fie în stare gazoasă. Pe măsură ce compresia izotermă crește, densitatea și presiunea acesteia cresc (secțiunea izotermei AB din Figura 51). Când se atinge presiunea, aburul începe să se condenseze. În plus, atunci când vaporii saturați sunt comprimați, presiunea nu se schimbă până când toți vaporii se transformă într-un lichid (linia dreaptă BC în Figura 51). După aceea, presiunea în timpul compresiei începe să crească brusc (un segment al curbei, deoarece lichidele sunt puțin compresibile.
Curba prezentată în figura 51 se numește izoterma gazelor reale.
DEFINIȚIE
Evaporare este procesul de transformare a lichidului în vapori.
Într-un lichid (sau solid) la orice temperatură, există un anumit număr de molecule „rapide”, a căror energie cinetică este mai mare decât energia potențială a interacțiunii lor cu restul particulelor substanței. Dacă astfel de molecule sunt aproape de suprafață, atunci ele pot depăși atracția altor molecule și pot zbura din lichid, formând vapori deasupra acestuia. Evaporarea solidelor este adesea denumită și ca sublimare sau sublimare.
Evaporarea are loc la orice temperatură la care o anumită substanță poate fi în stare lichidă sau solidă. Cu toate acestea, viteza de evaporare depinde de temperatură. Pe măsură ce temperatura crește, numărul de molecule „rapide” crește și, în consecință, crește intensitatea evaporării. Viteza de evaporare depinde, de asemenea, de suprafața liberă a lichidului și de tipul de substanță. Deci, de exemplu, apa turnată într-o farfurie se va evapora mai repede decât apa turnată într-un pahar. Alcoolul se evaporă mai repede decât apa etc.
Condensare
Cantitatea de lichid dintr-un vas deschis scade continuu din cauza evaporării. Dar într-un vas bine închis, acest lucru nu se întâmplă. Acest lucru se explică prin faptul că, concomitent cu evaporarea într-un lichid (sau solid), are loc procesul invers. Moleculele de vapori se deplasează aleatoriu deasupra lichidului, astfel încât unele dintre ele, sub influența atracției moleculelor de pe suprafața liberă, cad înapoi în lichid. Procesul de transformare a vaporilor într-un lichid se numește condensare. Procesul de transformare a vaporilor într-un solid este denumit în mod obișnuit cristalizare din vapori.
După ce turnăm lichidul în vas și îl închidem ermetic, lichidul va începe să se evapore, iar densitatea vaporilor deasupra suprafeței libere a lichidului va crește. Totuși, în același timp, numărul de molecule care se întorc înapoi în lichid va crește. Într-un vas deschis, situația este diferită: moleculele care au părăsit lichidul pot să nu se întoarcă în lichid. Într-un vas închis se stabilește o stare de echilibru în timp: numărul de molecule care părăsesc suprafața lichidului devine egal cu numărul de molecule de vapori care se întorc în lichid. O astfel de stare se numește stare de echilibru dinamic(Fig. 1). Într-o stare de echilibru dinamic între lichid și vapori, atât evaporarea, cât și condensarea au loc simultan și ambele procese se compensează reciproc.
Fig.1. Fluid în echilibru dinamic
Abur saturat și nesaturat
DEFINIȚIE
Abur saturat Vaporii sunt în echilibru dinamic cu lichidul său.
Denumirea „saturat” subliniază faptul că un anumit volum la o anumită temperatură nu poate conține mai mult abur. Aburul saturat are o densitate maximă la o temperatură dată și, prin urmare, exercită presiune maximă asupra pereților vasului.
DEFINIȚIE
abur nesaturat- abur care nu a atins starea de echilibru dinamic.
Pentru diferite lichide, saturația vaporilor are loc la densități diferite, ceea ce se datorează diferenței de structura moleculară, adică. diferența dintre forțele interacțiunii intermoleculare. În lichidele în care forțele de interacțiune ale moleculelor sunt mari (de exemplu, în mercur), starea de echilibru dinamic se realizează la densități scăzute de vapori, deoarece numărul de molecule care pot părăsi suprafața lichidului este mic. Dimpotrivă, în lichidele volatile cu forțe de atracție moleculare scăzute, la aceleași temperaturi, un număr semnificativ de molecule zboară din lichid și se realizează saturația de vapori la densitate mare. Exemple de astfel de lichide sunt etanolul, eterul etc.
Deoarece intensitatea procesului de condensare a vaporilor este proporțională cu concentrația moleculelor de vapori, iar intensitatea procesului de evaporare depinde doar de temperatură și crește brusc odată cu creșterea acesteia, concentrația de molecule în vapori saturați depinde numai de temperatura lichidului. . Asa de Presiunea vaporilor saturați depinde doar de temperatură și nu depinde de volum. Mai mult, odată cu creșterea temperaturii, concentrația de molecule de vapori saturați și, în consecință, densitatea și presiunea vaporilor saturați cresc rapid. Dependențe specifice ale presiunii și densității vaporilor saturați de temperatură sunt diferite pentru diferite substanțe și pot fi găsite din tabelele de referință. Se pare că aburul saturat, de regulă, este bine descris de ecuația Claiperon-Mendeleev. Cu toate acestea, atunci când este comprimat sau încălzit, masa vaporilor saturați se modifică.
Aburul nesaturat respectă legile unui gaz ideal cu un grad rezonabil de precizie.
Exemple de rezolvare a problemelor
EXEMPLUL 1
| Exercițiu | Într-un vas închis cu o capacitate de 0,5 litri la o temperatură, vaporii de apă și o picătură de apă sunt în echilibru. Determinați masa vaporilor de apă din vas. |
| Decizie | La temperatură, presiunea vaporilor saturați este egală cu presiunea atmosferică, deci Pa. Să scriem ecuația Mendeleev-Clapeyron:
unde găsim masa vaporilor de apă: Masa molară a vaporilor de apă este definită în același mod ca și masa molară a apei. Să convertim unitățile în sistemul SI: temperatura aburului volumului vasului. Să calculăm: |
| Răspuns | Masa vaporilor de apă din vas este de 0,3 g. |
EXEMPLUL 2
| Exercițiu | Într-un vas cu un volum de 1 litru la o temperatură, apa, vaporii de apă și azotul sunt în echilibru. Volumul de apă lichidă este mult mai mic decât volumul vasului. Presiunea din vas este de 300 kPa, presiunea atmosferică este de 100 kPa. Aflați cantitatea totală de materie în stare gazoasă. Care este presiunea parțială a azotului în sistem? Care este masa vaporilor de apă? Care este masa azotului? |
| Decizie | Scriem ecuația Mendeleev-Clapeyron pentru amestecul de gaze vapori de apă + azot: de unde găsim cantitatea totală de materie în stare gazoasă: Constanta universală de gaz. Să convertim unitățile în sistemul SI: volumul presiunii vasului în temperatura vasului. Să calculăm:
Conform legii lui Dalton, presiunea din vas este egală cu suma presiunilor parțiale ale vaporilor de apă și azotului: de unde presiunea parțială a azotului: La temperatură, presiunea vaporilor saturați este egală cu presiunea atmosferică, deci . |
Subiecte ale codificatorului USE: vapori saturați și nesaturați, umiditatea aerului.
Dacă un pahar de apă deschis este lăsat mult timp, atunci apa se va evapora complet. Sau, mai degrabă, se va evapora. Ce este evaporarea și de ce apare?
Evaporare și condensare
La o anumită temperatură, moleculele unui lichid au viteze diferite. Vitezele majorității moleculelor sunt apropiate de o anumită valoare medie (caracteristică acestei temperaturi). Dar există molecule ale căror viteze diferă semnificativ de medie, atât în sus, cât și în jos.
Pe fig. 1 prezintă un grafic aproximativ al distribuției moleculelor lichide în funcție de viteze. Fondul albastru arată majoritatea moleculelor ale căror viteze sunt grupate în jurul valorii medii. „Coada” roșie a graficului este un număr mic de molecule „rapide”, ale căror viteze depășesc semnificativ viteza medie a majorității moleculelor lichide.
Orez. 1. Distribuția vitezei moleculelor
Când o astfel de moleculă foarte rapidă se află pe suprafața liberă a lichidului (adică, la interfața dintre lichid și aer), energia cinetică a acestei molecule poate fi suficientă pentru a depăși forțele atractive ale altor molecule și pentru a zbura din lichid. Acest proces este evaporare, și moleculele care au părăsit forma lichidă aburi.
Asa de, Evaporarea este procesul de transformare a unui lichid în vapori, care are loc pe suprafața liberă a unui lichid.(în condiții speciale, transformarea lichidului în vapori poate avea loc în întregul volum al lichidului. Acest proces vă este bine cunoscut - acesta fierbere).
Se poate întâmpla ca după ceva timp molecula de vapori să revină înapoi la lichid.
Procesul de tranziție a moleculelor de vapori în lichid se numește condensare.. Condensarea vaporilor este procesul invers al evaporării lichidului.
echilibru dinamic
Ce se întâmplă dacă un recipient cu lichid este închis ermetic? Densitatea vaporilor deasupra suprafeței lichidului va începe să crească; Particulele de vapori vor împiedica din ce în ce mai mult alte molecule lichide să zboare, iar viteza de evaporare va scădea. În același timp, viteza de condensare va începe să crească, deoarece odată cu creșterea concentrației de vapori, numărul de molecule care se întorc în lichid va deveni din ce în ce mai mare.
În cele din urmă, la un moment dat, viteza de condensare va fi egală cu viteza de evaporare. va veni echilibru dinamicîntre lichid și vapori: pe unitatea de timp, tot atâtea molecule vor zbura din lichid cât se vor întoarce la el din vapori. Începând din acest moment, cantitatea de lichid va înceta să scadă, iar cantitatea de vapori va crește; aburul va ajunge la „saturație”.
Aburul saturat este aburul care se află în echilibru dinamic cu lichidul său. Un vapor care nu a atins o stare de echilibru dinamic cu un lichid se numește nesaturat..
Presiunea și densitatea vaporilor saturați sunt notate cu și . Evident, și sunt presiunea și densitatea maximă pe care le poate avea aburul la o anumită temperatură. Cu alte cuvinte, presiunea și densitatea vaporilor saturați depășesc întotdeauna presiunea și densitatea vaporilor nesaturați.
Proprietățile aburului saturat
Se dovedește că starea aburului saturat (și cu atât mai mult nesaturat) poate fi descrisă aproximativ prin ecuația de stare a unui gaz ideal (ecuația Mendeleev-Clapeyron). În special, avem o relație aproximativă între presiunea vaporilor saturați și densitatea acesteia:
(1)
Acesta este un fapt foarte surprinzător, confirmat prin experiment. Într-adevăr, prin proprietățile sale, aburul saturat diferă semnificativ de un gaz ideal. Enumerăm cele mai importante dintre aceste diferențe.
1. La o temperatură constantă, densitatea vaporilor saturați nu depinde de volumul acestuia.
Dacă, de exemplu, aburul saturat este comprimat izotermic, atunci densitatea sa în primul moment va crește, viteza de condensare va depăși rata de evaporare și o parte din vapori se va condensa în lichid - până când echilibrul dinamic este atins din nou, în care densitatea vaporilor revine la valoarea anterioară .
În mod similar, în timpul expansiunii izoterme a vaporilor saturați, densitatea acestuia va scădea în primul moment (vaporii vor deveni nesaturați), viteza de evaporare va depăși viteza de condensare, iar lichidul se va evapora suplimentar până când echilibrul dinamic este din nou stabilit - adică. până când aburul este din nou saturat cu aceeași densitate.
2. Presiunea vaporilor saturați nu depinde de volumul acestuia.
Aceasta rezultă din faptul că densitatea vaporilor saturați nu depinde de volum, iar presiunea este legată în mod unic de densitate prin ecuația (1) .
După cum vedem, Legea lui Boyle - Mariotte, valabilă pentru gazele ideale, nu este valabilă pentru aburul saturat. Acest lucru nu este surprinzător - la urma urmei, se obține din ecuația Mendeleev-Clapeyron în ipoteza că masa gazului rămâne constantă.
3. La un volum constant, densitatea vaporilor saturați crește odată cu creșterea temperaturii și scade odată cu scăderea temperaturii..
Într-adevăr, pe măsură ce temperatura crește, crește viteza de evaporare a lichidului.
Echilibrul dinamic este perturbat în primul moment și are loc o evaporare suplimentară a unei părți a lichidului. Perechea va fi adăugată până când echilibrul dinamic este restabilit.
În același mod, pe măsură ce temperatura scade, rata de evaporare a lichidului devine mai mică, iar o parte din vapori se condensează până la restabilirea echilibrului dinamic - dar cu mai puțini vapori.
Astfel, în timpul încălzirii sau răcirii izocorice a aburului saturat, masa acestuia se modifică, astfel încât legea lui Charles nu funcționează în acest caz. Dependența presiunii vaporilor de saturație de temperatură nu va mai fi o funcție liniară.
4. Presiunea vaporilor saturați crește cu temperatura mai repede decât liniar.
Într-adevăr, odată cu creșterea temperaturii, densitatea vaporilor saturați crește, iar conform ecuației (1), presiunea este proporțională cu produsul dintre densitate și temperatură.
Dependența presiunii vaporilor saturați de temperatură este exponențială (Fig. 2). Este reprezentată de secțiunea 1–2 a graficului. Această dependență nu poate fi derivată din legile unui gaz ideal.
Orez. 2. Dependenţa presiunii vaporilor de temperatură
La punctul 2, tot lichidul se evaporă; cu o creștere suplimentară a temperaturii, vaporii devin nesaturați, iar presiunea acestuia crește liniar conform legii Charles (segmentul 2–3).
Reamintim că creșterea liniară a presiunii unui gaz ideal este cauzată de o creștere a intensității impactului moleculelor asupra pereților vasului. În cazul încălzirii unui vapor saturat, moleculele încep să lovească nu numai mai puternic, ci și mai des - la urma urmei, vaporii devin mai mari. Acțiunea simultană a acestor doi factori a determinat o creștere exponențială a presiunii vaporilor de saturație.
Umiditatea aerului
Umiditate absolută- aceasta este presiunea parțială a vaporilor de apă în aer (adică presiunea pe care vaporii de apă ar exercita-o singuri, în absența altor gaze). Uneori, umiditatea absolută este numită și densitatea vaporilor de apă din aer.
Umiditate relativă este raportul dintre presiunea parțială a vaporilor de apă din acesta și presiunea vaporilor de apă saturați la aceeași temperatură. De regulă, acest raport este exprimat ca procent:
Din ecuația Mendeleev-Clapeyron (1) rezultă că raportul presiunilor de vapori este egal cu raportul densităților. Deoarece ecuația (1) în sine, ne amintim, descrie aburul saturat doar aproximativ, avem o relație aproximativă:
Unul dintre instrumentele folosite pentru măsurarea umidității aerului este psihometru. Include două termometre, dintre care rezervorul unuia este învelit într-o cârpă umedă. Cu cât umiditatea este mai mică, cu atât evaporarea apei din țesătură este mai intensă, cu atât rezervorul termometrului „umed” este mai răcit și diferența dintre citirile acestuia și cele ale termometrului uscat este mai mare. În funcție de această diferență, folosind un tabel psicrometric special, se determină umiditatea aerului.
