Isparavanje i kondenzacija. Zasićena i nezasićena para

Tokom isparavanja, istovremeno s prijelazom molekula iz tekućine u paru, događa se i obrnuti proces. Nasumično se krećući iznad površine tečnosti, neki od molekula koji su je napustili vraćaju se ponovo u tečnost.

Pritisak zasićene pare.

Kada se zasićena para komprimuje, čija se temperatura održava konstantnom, ravnoteža će prvo početi da se narušava: gustina pare će se povećati, i kao rezultat toga, više molekula će preći iz gasa u tečnost nego iz tečnosti u gas; ovo će se nastaviti sve dok koncentracija pare u novom volumenu ne postane ista, što odgovara koncentraciji zasićene pare na datoj temperaturi (i ravnoteža se uspostavi). To se objašnjava činjenicom da broj molekula koji izlaze iz tekućine u jedinici vremena ovisi samo o temperaturi.

Dakle, koncentracija zasićenih molekula pare na konstantnoj temperaturi ne zavisi od njenog volumena.

Pošto je pritisak gasa proporcionalan koncentraciji njegovih molekula, pritisak zasićene pare ne zavisi od zapremine koju zauzima. Pritisak p 0, na kojoj je tečnost u ravnoteži sa svojom parom, naziva se pritisak zasićene pare.

Kada se zasićena para komprimuje, većina postaje tečna. Tečnost zauzima manji volumen od para iste mase. Kao rezultat, volumen pare pri konstantnoj gustoći se smanjuje.

Zavisnost pritiska zasićene pare o temperaturi.

Za idealan gas, linearna zavisnost pritiska od temperature važi pri konstantnoj zapremini. Nanosi se na zasićenu paru pod pritiskom p 0 ova zavisnost se izražava jednakošću:

p 0 =nkT.

Pošto pritisak zasićene pare ne zavisi od zapremine, onda, dakle, zavisi samo od temperature.

Eksperimentalno utvrđena zavisnost p 0 (T) različito od zavisnosti ( p 0 =nkT) za idealan gas.

Sa povećanjem temperature, pritisak zasićene pare raste brže od pritiska idealnog gasa (presek krive AB na slici). Ovo postaje posebno očigledno ako kroz tačku povučemo izohoru A(isprekidana linija). To se događa jer kada se tečnost zagrije, dio se pretvara u paru, a gustina pare se povećava. Dakle, prema formuli ( p 0 =nkT), pritisak zasićene pare raste ne samo kao rezultat povećanja temperature tekućine, već i zbog povećanja koncentracije molekula (gustine) pare. Glavna razlika u ponašanju idealnog plina i zasićene pare je promjena mase pare s promjenom temperature pri konstantnoj zapremini (u zatvorenoj posudi) ili s promjenom zapremine pri konstantnoj temperaturi. Ništa slično se ne može dogoditi s idealnim plinom (molekularno-kinetička teorija idealnog plina ne predviđa fazni prijelaz plina u tekućinu).

Nakon isparavanja sve tečnosti, ponašanje pare će odgovarati ponašanju idealnog gasa (odeljak sunce krivulja na gornjoj slici).

nezasićena para.

Ako u prostoru koji sadrži paru tečnosti može doći do daljeg isparavanja te tečnosti, tada je para u tom prostoru nezasićeni.

Para koja nije u ravnoteži sa svojom tekućinom naziva se nezasićena.

Nezasićena para se jednostavnom kompresijom može pretvoriti u tečnost. Jednom kada ova transformacija započne, para u ravnoteži sa tečnošću postaje zasićena.

Video lekcija 2: Temperaturna ovisnost tlaka pare. Tačka rose

Predavanje: Zasićene i nezasićene pare

Isparavanje i kondenzacija

Čvrste tvari se razlikuju od tekućina po stabilnijem položaju molekula. Tečnosti imaju privlačne sile, ali one nisu uvek dovoljne. Ako molekulu neke tekuće tvari dobije kinetičku energiju koja omogućava da se strukturne jedinice oslobode, tada su u stanju napustiti površinu tekućine i odletjeti u plin koji se nalazi iznad. Za neke molekule energija postaje nedovoljna i oni se vraćaju nazad u tečnost.

Proces kojim molekuli napuštaju tečnost naziva se isparavanje. Obrnuti proces isparavanja se naziva kondenzacije.

Postoje dvije vrste stvaranja pare: isparavanje i ključanje.

Isparavanje

Proces isparavanja karakterizira sposobnost molekula tekućine da napuste gornje slojeve na bilo kojoj temperaturi. U trenutku kada molekula napusti površinu, temperatura tečnosti se smanjuje. To je zbog činjenice da je energija potrebna za otkidanje strukturne jedinice, a kada se energija potroši, temperatura pada.

Zbog toga ljudsko tijelo proizvodi znoj. Kao rezultat njegovog isparavanja, tjelesna temperatura opada. Svako od nas, napuštajući rijeku, more ili drugu vodu, osjetio je hladnoću - to se događa kao rezultat isparavanja.

Brzina procesa isparavanja zavisi:

1. Na veličinu slobodne površine tečnosti. Ako uzmete šolju i tanjir iste zapremine, tada će se isparavanje sa tanjira dogoditi brže zbog veće površine.

2. Od vrste tečnosti. Na primjer, voda isparava brže od alkohola. Što je lakša strukturna jedinica supstance, dolazi do bržeg isparavanja.

3. Od temperature tečnosti. Što je temperatura viša, proces je brži.

4. Od pritiska okoline. Ako je pritisak visok, onda ne dozvoljava tečnosti da napusti površinu, pa se isparavanje odvija sporije.

5. Ako se tečnost nalazi u zatvorenom prostoru, teže joj je ispariti. Stoga brzina ovisi o količini vodene pare iznad površine tekućine.

Parovi: zasićeni i nezasićeni

Zamislite da ste uzeli dva plovila. Od kojih je jedan bio zatvoren poklopcem. U obje posude dolazi do isparavanja i kondenzacije.

U posudi koja nije zatvorena, broj molekula koji su isparili veći je od onih koji su se vratili. Takva para se naziva nezasićena. U zatvorenoj posudi, broj molekula koji su napustili tečnost jednak je onima koji su se vratili. Takva para se naziva zasićena.

Kipuće

Ovaj proces prijelaza tekućine u plinovito stanje odvija se iz cijele zapremine i na određenoj temperaturi. Svaka tečnost ima svoju tačku ključanja. Za vodu, na primjer, pri normalnom pritisku, tačka ključanja je 100 stepeni. Što je pritisak niži, niža je tačka ključanja. Tako se na visokoj planini voda može prokuvati na nižoj temperaturi.

Samo obratite pažnju, gotovo je nemoguće kuhati meso na takvoj vodi - potrebna je viša temperatura.

Tokom ključanja, mjehurići plina sadržani u tečnosti izlaze iz njene zapremine. Ponovno prokuhavanje vode je teže jer nema mjehurića. Vrenje počinje kada je pritisak u mjehurićima manji nego u tekućini - oni počinju pucati.

Tečnosti imaju tendenciju da ispare. Kad bismo na sto ispustili kap vode, etra i žive (samo nemojte to raditi kod kuće!), mogli bismo gledati kako kapi postepeno nestaju – isparavaju. Neke tečnosti isparavaju brže, druge sporije. Proces isparavanja tečnosti naziva se i vaporizacija. Obrnuti proces pretvaranja pare u tečnost je kondenzacija.

Ova dva procesa ilustruju fazni prelaz- proces prijelaza tvari iz jednog agregatnog stanja u drugo:

• isparavanje (prijelaz iz tečnog u plinovito stanje);
• kondenzacija (prelazak iz gasovitog u tečno stanje);
• desublimacija (prijelaz iz plinovitog u čvrsto stanje, zaobilazeći tečnu fazu);
• sublimacija, ona je takođe sublimacija (prelazak iz čvrstog u gasovito stanje, zaobilazeći tečnost).

Sada je, inače, pravo godišnje doba za promatranje procesa desublimacije u prirodi: mraz i mraz na drveću i predmetima, smrznuti uzorci na prozorima su njegov rezultat.

Kako nastaje zasićena i nezasićena para?

Ali da se vratimo na isparavanje. Nastavit ćemo eksperimentirati i sipati tekućinu - vodu, na primjer, u otvorenu posudu i na nju priključiti manometar. Nevidljivo oku, isparavanje se odvija u posudi. Sve molekule tečnosti su u stalnom kretanju. Neki se kreću tako brzo da je njihova kinetička energija jača od one koja povezuje molekule tečnosti.

Nakon napuštanja tečnosti, ovi molekuli nastavljaju da se nasumično kreću u prostoru, velika većina ih se raspršuje u njemu - ovako nezasićena para. Samo se mali dio njih vraća nazad u tečnost.

Ako zatvorimo posudu, molekula pare će postepeno postajati sve više i više. I sve više njih će se vraćati u tečnost. Ovo će povećati pritisak pare. To će biti zabilježeno pomoću manometra spojenog na posudu.

Nakon nekog vremena, broj molekula koji napuštaju tekućinu i vraćaju se u nju bit će jednak. Pritisak pare će prestati da se menja. Kao rezultat zasićenje parom uspostavlja se termodinamička ravnoteža sistema tečnost-para. To jest, isparavanje i kondenzacija će biti jednake.

Svojstva zasićene pare

Da bismo ih jasno ilustrirali, koristimo još jedan eksperiment. Pozovite svu snagu svoje mašte da to zamislite. Dakle, uzmimo živin manometar, koji se sastoji od dva koljena - komunikacione cijevi. U oba je ulivena živa, jedan kraj je otvoren, drugi zapečaćen, a iznad žive sadrži još nešto etera i njegove zasićene pare. Ako spustite i podignete nezalemljeno koleno, nivo žive u zalemljenom će takođe rasti i pasti.

U tom slučaju će se promijeniti i količina (volumen) zasićene eterske pare. Razlika između nivoa živinih stubova u oba koljena manometra pokazuje pritisak zasićene pare etra. Ostaće nepromenjena u svakom trenutku.

To implicira svojstvo zasićene pare - njen pritisak ne zavisi od zapremine koju zauzima. Pritisak pare zasićenja različitih tekućina (voda i eter, na primjer) je različit na istoj temperaturi.

Međutim, temperatura zasićene pare je bitna. Što je temperatura viša, to je veći pritisak. Tlak zasićene pare raste brže s povećanjem temperature nego kod nezasićene pare. Temperatura i pritisak nezasićene pare povezani su linearnim odnosom.

Može se izvesti još jedan zanimljiv eksperiment. Uzmite praznu tikvicu bez tečnih para, zatvorite je i spojite manometar. Postepeno, kap po kap, sipajte tečnost u tikvicu. Kako tečnost ulazi i isparava, uspostavlja se pritisak zasićene pare, koji je najveći za datu tečnost na datoj temperaturi.

Više o temperaturi i zasićenoj pari

Temperatura pare takođe utiče na brzinu kondenzacije. Baš kao što temperatura tečnosti određuje brzinu isparavanja – drugim riječima, broj molekula koji pobjegnu s površine tekućine u jedinici vremena.

Zasićena para ima istu temperaturu kao i tečnost. Što je viša temperatura zasićene pare, što je veći njen pritisak i gustina, to je manja gustina tečnosti. Kada se dostigne kritična temperatura za supstancu, gustina tečnosti i pare je ista. Ako je temperatura pare iznad kritične temperature za supstancu, fizičke razlike između tečne i zasićene pare se brišu.

Određivanje pritiska zasićene pare u smešama sa drugim gasovima

Govorili smo o konstantnom pritisku zasićene pare na konstantnoj temperaturi. Odredili smo pritisak pod "idealnim" uslovima: kada posuda ili boca sadrži tečnost i paru samo jedne supstance. Razmotrite i eksperiment u kojem se molekuli neke supstance raspršuju u prostoru u mješavini s drugim plinovima.

Da bismo to učinili, uzmemo dva otvorena staklena cilindra i stavimo ih u obje zatvorene posude s etrom. Kao i obično, povezujemo manometare. Otvaramo jednu posudu sa etrom, nakon čega manometar bilježi porast tlaka. Razlika između ovog pritiska i pritiska u cilindru sa zatvorenom posudom etra omogućava vam da saznate pritisak zasićene pare etra.

O pritisku i ključanju

Isparavanje je moguće ne samo s površine tekućine, već i u njenoj zapremini - tada se to naziva ključanjem. Kako temperatura tečnosti raste, formiraju se mjehurići pare. Kada je pritisak zasićene pare veći ili jednak pritisku gasa u mjehurićima, tečnost isparava u mjehuriće. I šire se i izdižu na površinu.

Tečnosti ključaju na različitim temperaturama. U normalnim uslovima voda ključa na 100 0 C. Ali sa promjenom atmosferskog pritiska mijenja se i tačka ključanja. Dakle, u planinama, gde je vazduh veoma razređen i atmosferski pritisak niži, kako se penjete na planine, takođe se smanjuje tačka ključanja vode.

Inače, u hermetički zatvorenoj posudi, ključanje je uopšte nemoguće.

Još jedan primjer odnosa između tlaka pare i isparavanja pokazuje takva karakteristika sadržaja vodene pare u zraku kao što je relativna vlažnost zraka. To je omjer parcijalnog pritiska vodene pare i pritiska zasićene pare i određuje se formulom: φ \u003d p / p oko * 100%.

Kada se temperatura vazduha smanji, koncentracija vodene pare u njemu raste, tj. postaju intenzivniji. Ova temperatura se naziva tačka rose.

Sažimanje

Na jednostavnim primjerima analizirali smo suštinu procesa isparavanja i rezultirajuće nezasićene i zasićene pare. Sve ove pojave možete posmatrati oko sebe svaki dan: na primer, možete videti lokve kako se suše nakon kiše na ulicama ili ogledalo u kupatilu zamagljeno od pare. U kupatilu možete čak i posmatrati kako prvo dolazi do isparavanja, a zatim se vlaga nakupljena na ogledalu ponovo kondenzuje u vodu.

Također možete koristiti ovo znanje da svoj život učinite ugodnijim. Na primjer, zimi je u mnogim stanovima zrak vrlo suh, a to loše utiče na dobrobit. Možete koristiti moderni ovlaživač da biste ga učinili vlažnijim. Ili, na starinski način, stavite posudu s vodom u prostoriju: postepeno isparavajući, voda će zasititi zrak svojim parama.

stranice, uz potpuno ili djelomično kopiranje materijala, obavezan je link na izvor.

Para koja nije u ravnoteži sa svojom tekućinom naziva se nezasićena.

Za različite tekućine, dinamička ravnoteža s parom se javlja pri različitim gustoćama pare. Razlog tome je razlika u silama međumolekularne interakcije. U tečnostima u kojima su sile međumolekularnog privlačenja velike, kao što je živa, iz tečnosti mogu izleteti samo „najbrži“ molekuli čiji je broj mali. Stoga, za takve tekućine, čak i pri maloj gustini pare, dolazi do ravnotežnog stanja. U isparljivim tečnostima sa niskom molekularnom privlačnom silom, kao što je eter, na istoj temperaturi, mnogi molekuli mogu izleteti iz tečnosti. Stoga se ravnotežno stanje javlja samo pri značajnoj gustini pare.

Zasićena para ima maksimalnu gustinu i pritisak na datoj temperaturi.

§ 6.3. Realne gasne izoterme

Za detaljnije razjašnjenje uslova pod kojima su moguće međusobne transformacije gasa i tečnosti nisu dovoljna jednostavna zapažanja isparavanja tečnosti. Potrebno je pažljivo pratiti promjenu tlaka stvarnog plina ovisno o njegovoj zapremini na različitim temperaturama.

Neka se ugljični dioksid nalazi u cilindru ispod klipa (slika 6.3). Polako ćemo ga komprimirati, dok radimo na plinu, uslijed čega bi se unutrašnja energija plina trebala povećati. Ako želimo da proces izvedemo na konstantnoj temperaturi T, tada je potrebno osigurati dobru razmjenu topline između cilindra i okoline. Da biste to učinili, možete staviti cilindar u veliku posudu s tekućinom konstantne temperature (termostat) i komprimirati plin tako polako da toplina ima vremena da se prenese sa plina na okolna tijela.

Izvođenjem ovog eksperimenta može se primijetiti da se na početku, kada je volumen dovoljno velik ( V > V 2 , vidi sl. 6.3), pritisak ugljen-dioksida raste sa smanjenjem zapremine u skladu sa Boyle-Mariotteovim zakonom, a zatim se sa daljim povećanjem pritiska uočavaju mala odstupanja od ovog zakona. Ovaj odnos između pritiska i zapremine gasa je grafički prikazan na slici 6.3 krivulje AB.

Uz daljnje smanjenje volumena, počevši od vrijednosti V 2 , pritisak u cilindru ispod klipa prestaje da se menja. Ako pogledate u cilindar kroz poseban prozor za gledanje, možete vidjeti da dio volumena cilindra zauzima prozirna tekućina. To znači da se gas (para) pretvorio u zasićenu paru, a deo u tečnost, odnosno kondenzovao se.

Kako nastavljamo sa sabijanjem sadržaja cilindra, primijetit ćemo da se količina tekućine u cilindru povećava, a prostor koji zauzima zasićena para smanjuje. Pritisak koji pokazuje manometar ostaje konstantan sve dok se cijeli prostor ispod klipa ne napuni tekućinom. Ovaj proces je prikazan na slici 6.3 u dijelu sunce grafike.

U budućnosti, uz blagi pad volumena, počevši od vrijednosti V3, pritisak raste veoma naglo CD grafika; vidi sl. 6.3). To je zato što su tečnosti nestišljive.

Budući da se razmatrani proces odvijao pri konstantnoj temperaturi T, grafik A B C D (vidi sliku 6.3), koja prikazuje zavisnost pritiska gasa R od volumena V, naziva se izoterma realnog gasa. Parcela AB (V > V 2 ) odgovara nezasićenoj pari, ploč ned (V 3 < V < V 2 ) - ravnotežno stanje tečnosti i njene zasićene pare i površina CD (V < V 3 ) - tečno stanje materije.

Eksperimenti pokazuju da izoterme drugih tvari također imaju isti oblik, ako njihova temperatura nije previsoka.