Näited on küllastunud ja küllastumata aur. Mis vahe on küllastunud aurul ja küllastumata aurul?

Auru, mis ei ole oma vedelikuga tasakaalus, nimetatakse küllastumata.

Erinevate vedelike puhul tekib dünaamiline tasakaal auruga erinevatel aurutihedustel. Selle põhjuseks on molekulidevahelise interaktsiooni jõudude erinevus. Vedelikes, milles molekulidevahelised tõmbejõud on suured, nagu elavhõbe, saavad vedelikust välja lennata vaid kõige "kiiremad" molekulid, mille arv on väike. Seetõttu tekib selliste vedelike puhul isegi madala aurutiheduse korral tasakaaluseisund. Madala molekulaarse tõmbejõuga lenduvates vedelikes, nagu eeter, võivad samal temperatuuril paljud molekulid vedelikust välja lennata. Seetõttu tekib tasakaaluseisund ainult olulise aurutiheduse korral.

Küllastunud aurul on antud temperatuuril maksimaalne tihedus ja rõhk.

§ 6.3. Päris gaasi isotermid

Gaasi ja vedeliku vastastikuste muundumiste võimalike tingimuste täpsemaks selgitamiseks ei piisa lihtsatest vedeliku aurustumise vaatlustest. On vaja hoolikalt jälgida reaalse gaasi rõhu muutust sõltuvalt selle mahust erinevatel temperatuuridel.

Süsinikdioksiid olgu kolvi all olevas silindris (joonis 6.3). Gaasi kallal töötamise ajal surume selle aeglaselt kokku, mille tulemusena peaks gaasi siseenergia suurenema. Kui tahame protsessi läbi viia konstantsel temperatuuril T, siis on vaja tagada hea soojusvahetus ballooni ja keskkonna vahel. Selleks võib asetada ballooni suurde konstantse temperatuuriga vedelikuga anumasse (termostaat) ja suruda gaasi nii aeglaselt kokku, et soojusel oleks aega gaasist ümbritsevatesse kehadesse üle kanda.

Seda katset tehes võib märgata, et alguses, kui maht on piisavalt suur ( V > V 2 , vaata joon. 6.3), suureneb süsinikdioksiidi rõhk ruumala vähenemisega vastavalt Boyle-Mariotte seadusele ja seejärel rõhu edasisel suurenemisel täheldatakse väikeseid kõrvalekaldeid sellest seadusest. See seos gaasi rõhu ja mahu vahel on graafiliselt näidatud joonise 6.3 kõveral AB.

Edasise mahu vähenemisega, alustades väärtusest V 2 , rõhk kolvi all olevas silindris lakkab muutumast. Kui vaatate silindrisse läbi spetsiaalse vaateakna, näete, et osa silindri mahust on hõivatud läbipaistva vedelikuga. See tähendab, et gaas (aur) on muutunud küllastunud auruks ja osa sellest on muutunud vedelikuks ehk kondenseerunud.

Kui jätkame silindri sisu kokkupressimist, märkame, et vedeliku hulk silindris suureneb ja küllastunud auruga hõivatud ruum väheneb. Rõhk, mida manomeeter näitab, jääb konstantseks, kuni kogu kolvialune ruum on vedelikuga täidetud. Seda protsessi on kujutatud joonisel 6.3 jaotises Päike graafika.

Edaspidi väikese mahu vähenemisega, alates väärtusest V3, rõhk tõuseb väga järsult CD graafika; vaata joon. 6.3). Seda seetõttu, et vedelikud on kokkusurumatud.

Kuna vaadeldav protsess toimus konstantsel temperatuuril T, siis graafik ABCD (vt joonis 6.3), mis kujutab gaasirõhu sõltuvust R mahult V, nimetatakse tõeliseks gaasiisotermiks. Süžee AB (V > V 2 ) vastab küllastumata aurule, krundile päike (V 3 < V < V 2 ) - vedeliku ja selle küllastunud auru tasakaaluseisund ning pindala CD (V < V 3 ) - aine vedel olek.

Katsed näitavad, et ka teiste ainete isotermid on samasuguse kujuga, kui nende temperatuur ei ole liiga kõrge.

Tuulise ilmaga kuivavad lombid kiiremini kui ilma tuuleta samal temperatuuril. See näitab, et vedeliku aurustamiseks tuleb tekkiv aur eemaldada. Kui auru üldse ei eemaldata, näiteks vedelikupudelit korgitades, peatub aurustumine peagi. Kuna vedelik ei muutu auruks ega aur kondenseeru vedelikuks, siis öeldakse, et aur ja vedelik on tasakaalus. Vedelikuga tasakaalus olevat auru nimetatakse küllastunud auruks. See nimi annab edasi ideed, et antud ruumalasse ei saa antud temperatuuril rohkem auru panna.

Vedelikuga pudelis on lisaks aurule vedeliku kohal ka õhk. Siiski pole raske veenduda, et ainult selle aur on vedeliku kohal, peaaegu ilma muude gaaside segunemiseta. Selleks tuleb vedeliku kohal olev ruum pumbaga välja pumbata või gaas väljutada vedeliku pikaajalisel keetmisel, milles aur tõrjub gaase. Uurides auru käitumist ruumis, millest on eemaldatud kõik võõrgaasid, saame olulist teavet selle omaduste kohta. Uuringu võib läbi viia näiteks järgmiselt.

Kummist korgiga suletud ümarkolb 1 on näidatud joonisel fig. 477, elavhõbedaga anumasse kastetud klaastoruga 2. Teise, kraaniga varustatud toru 3 kaudu pumbatakse kolvist võimalikult hästi õhk välja ja torus 2 olev elavhõbe tõuseb atmosfäärirõhu mõjul. Elavhõbedaauru moodustub sellistes tingimustes nii väikestes kogustes, et selle olemasolu võib tähelepanuta jätta.

Riis. 477. Esimesed kolbi 1 langevad eetritilgad aurustuvad ja elavhõbe torus 2 laskub kiiresti alla. Küllastumise korral kolbi langevad eetritilgad ei aurustu ja elavhõbeda tase enam ei muutu.

Lehtrist 4, kuhu eeter valatakse, tilgutatakse ettevaatlikult tilkhaaval eeter kraani 5 kaudu kolbi 1. Esimesed eetritilgad aurustuvad koheselt ja elavhõbe kukub torus kiiresti alla. Sel juhul sisaldab kolb küllastumata eetri auru. Aurustunud eetri koguse suurenemisega suureneb auru tihedus ja samal ajal selle rõhk, nagu mis tahes gaasi rõhk suureneb tiheduse suurenemisega. Küllastumata aur, kuigi see ei järgi täpselt Boyle'i - Mariotte'i ja Charlesi - gaasiseadusi, kuid üldiselt on sellel kõik gaaside omadused. Kui aga jätkame eetri lisamist kolbi 1, märkame, et elavhõbe torus 2 lakkab langemast ja lisatud eeter enam ei aurustu: on saavutatud küllastus. Ükskõik kui palju eetrit lisatakse, jääb auru tihedus ja selle rõhk muutumatuks. Pange tähele, et temperatuur ei tohiks katse ajal muutuda.

Kui korrata sama katset mõne teise vedelikuga, näiteks alkoholiga, siis näeme, et küllastusauru rõhk erineb eetri omast. Eetri küllastunud auru rõhk on umbes , alkoholil umbes .

Seega on küllastunud auru tihedus ja rõhk konstantsel temperatuuril konstantsed väärtused, erinevate vedelike puhul on need erinevad.

Enne artikli pealkirjas esitatud küsimusele vastamist mõelgem välja, mis on aur. Kujutised, mis enamikul inimestel selle sõnaga on: keev veekeetja või kastrul, leiliruum, kuum jook ja palju muid sarnaseid pilte. Ühel või teisel viisil on meie ideedes selle pinnast kõrgemale tõusev vedel ja gaasiline aine. Kui teil palutakse tuua näide auru kohta, siis meenub teile kohe veeaur, alkoholi aurud, eeter, bensiin, atsetoon.

Gaasiliste olekute jaoks on veel üks sõna - gaas. Tavaliselt mõtleme siin hapnikku, vesinikku, lämmastikku ja muid gaase, seostamata neid vastavate vedelikega. On hästi teada, et need eksisteerivad ka vedelas olekus. Erinevused seisnevad esmapilgul selles, et aur vastab looduslikele vedelikele ja gaase tuleb meelega vedeldada. See pole aga täiesti tõsi. Veelgi enam, pildid, mis tekivad sõnaga aur, ei ole aur. Täpsema vastuse saamiseks vaatame, kuidas aur tekib.

Mille poolest erineb aur gaasist?

Aine agregatsiooni oleku määrab temperatuur, täpsemalt selle molekulide vastasmõju energia ja nende termilise kaootilise liikumise energia suhe. Ligikaudu võib arvata, et kui interaktsioonienergia on palju suurem - tahke olek, kui soojusliikumise energia on palju suurem - gaasiline, kui energiad on võrreldavad - vedel.

Selgub, et molekuli eraldumiseks vedelikust ja osalemiseks auru moodustamisel peab soojusenergia väärtus olema suurem kui interaktsioonienergia. Kuidas see juhtuda saab? Molekulide soojusliikumise keskmine kiirus on võrdne teatud väärtusega, mis sõltub temperatuurist. Molekulide üksikud kiirused on aga erinevad: enamusel on keskmise väärtuse lähedased kiirused, osadel aga keskmisest suuremad, osadel väiksemad.

Kiirematel molekulidel võib olla interaktsioonienergiast suurem soojusenergia, mis tähendab, et vedeliku pinnale sattudes suudavad nad sellest lahti murda, moodustades auru. Seda tüüpi aurustamist nimetatakse aurustumine. Kiiruste sama jaotuse tõttu toimub vastupidine protsess - kondenseerumine: aurust pärinevad molekulid lähevad vedelikku. Muide, pildid, mis tavaliselt esinevad sõnaga aur, ei ole aur, vaid vastupidise protsessi – kondenseerumise – tulemus. Sa ei näe paari.

Teatud tingimustel võib aur muutuda vedelikuks, kuid selleks ei tohi selle temperatuur ületada teatud väärtust. Seda väärtust nimetatakse kriitiliseks temperatuuriks. Aur ja gaas on gaasilised olekud, mis erinevad temperatuuri poolest, mille juures nad eksisteerivad. Kui temperatuur ei ületa kriitilist - aur, kui see ületab - gaas. Kui hoida temperatuuri konstantsena ja vähendada mahtu, siis aur veeldub, gaas ei vedeldu.

Mis on küllastunud ja küllastumata aur

Juba sõna "küllastunud" kannab teatud teavet, suurt ruumi on raske küllastada. See tähendab, et küllastunud auru saamiseks on see vajalik piirata ruumi, kus vedelik asub. Sel juhul peaks temperatuur olema antud aine jaoks kriitilisest madalam. Nüüd jäävad aurustunud molekulid ruumi, kus vedelik asub. Alguses toimub enamik molekulide üleminekuid vedelikust, samal ajal kui auru tihedus suureneb. See omakorda põhjustab suurema arvu molekulide vastupidiseid üleminekuid vedelikku, mis suurendab kondensatsiooniprotsessi kiirust.

Lõpuks luuakse olek, mille puhul ühest faasist teise liikuvate molekulide keskmine arv on võrdne. Sellist seisundit nimetatakse dünaamiline tasakaal. Seda olekut iseloomustab samasugune muutus aurustumis- ja kondenseerumiskiiruse suuruses ja suunas. See olek vastab küllastunud aurule. Kui dünaamilist tasakaalu ei saavutata, vastab see küllastumata aurule.

Nad alustavad mõne objekti uurimist, alati selle kõige lihtsama mudeliga. Molekulaarkineetilises teoorias on see ideaalne gaas. Peamised lihtsustused on siinkohal molekulide sisemahu ja nende interaktsiooni energia tähelepanuta jätmine. Selgub, et selline mudel kirjeldab küllaltki rahuldavalt küllastumata auru. Veelgi enam, mida vähem küllastunud see on, seda õiguspärasem on selle kasutamine. Ideaalne gaas on gaas, see ei saa muutuda ei auruks ega vedelikuks. Seetõttu ei ole selline mudel küllastunud auru jaoks piisav.

Peamised erinevused küllastunud ja küllastumata auru vahel

1. Küllastunud tähendab, et antud objektil on mõne parameetri suurim võimalik väärtus. Paari jaoks on see tihedus ja rõhk. Nendel küllastumata auru parameetritel on väiksemad väärtused. Mida kaugemal on aur küllastumisest, seda väiksemad on need väärtused. Üks selgitus: võrdlustemperatuur peab olema konstantne.
2. Küllastumata auru jaoks boyle-mariotte seadus: kui gaasi temperatuur ja mass on konstantsed, põhjustab ruumala suurenemine või vähenemine rõhu vähenemist või suurenemist sama palju, rõhk ja maht on pöördvõrdelises seoses. Maksimaalsest tihedusest ja rõhust konstantsel temperatuuril järeldub nende sõltumatus küllastunud auru mahust, selgub, et küllastunud auru puhul on rõhk ja maht üksteisest sõltumatud.
3. Küllastumata auru jaoks tihedus ei sõltu temperatuurist, ja kui maht on säilinud, ei muutu ka tiheduse väärtus. Küllastunud auru puhul, säilitades mahu, muutub tihedus temperatuuri muutumisel. Sel juhul on suhe otsene. Kui temperatuur tõuseb, suureneb ka tihedus, kui temperatuur langeb, muutub ka tihedus.
4. Kui ruumala on konstantne, käitub küllastumata aur vastavalt Charlesi seadusele: temperatuuri tõustes suureneb rõhk sama teguri võrra. Seda suhet nimetatakse lineaarseks. Küllastunud auru puhul tõuseb rõhk temperatuuri tõustes kiiremini kui küllastumata auru puhul. Sõltuvus on eksponentsiaalne.

Kokkuvõttes võib täheldada olulisi erinevusi võrreldavate objektide omadustes. Peamine erinevus seisneb selles, et küllastunud auru ei saa vaadelda vedelikust eraldi. See on kahekomponendiline süsteem, millele ei saa rakendada enamikku gaasiseadusi.

Kui vedeliku aure sisaldavas ruumis võib see vedelik edasi aurustuda, nimetatakse selles ruumis olevat auru küllastumata auruks.

Küllastumata auru mahtu muutes märkame, et muutub ka selle rõhk: ruumala vähenemisega rõhk suureneb ja ruumala suurenemisega rõhk väheneb.

Laske toru B tõsta nii kõrgele, et see sisaldaks küllastumata auru. Selle auru rõhk on H - h, kus H on atmosfäärirõhk. Kui pärast seda toru langetatakse, siis elavhõbeda tase selles väheneb: h 1< h, а это показывает, что давление пара возрастает (H – h 1 >H-H). Aururõhk tõuseb, kuni aur muutub küllastunuks. Elavhõbeda kohale ilmub vedelik. Alates auru küllastumise hetkest muutub selle rõhk konstantseks ja võrdub H - h 2-ga. See on antud temperatuuril kõrgeim aururõhk.?

Aur tekitab küllastunud olekus antud temperatuuril suurima rõhu.

Graafiliselt kujutab küllastumata auru üleminekut vedelikuks selle ruumala vähendamisel ilma temperatuuri muutmata ABCD kõveraga. Selle kõvera osa AB vastab küllastumata aurule, punkt B küllastumisele, joon BC auru kondenseerumisele ja CD vedelikule. ABCD kõverat nimetatakse auru-vedeliku isotermiks.

Küllastumata auru saab küllastusseisundisse viia mitte ainult mahu vähendamise, vaid ka selle temperatuuri alandamise kaudu. Seega, kui valate eetri toru B välisosale, siis aurustuv eeter jahutab seda, mille tulemusena küllastumata aur läheb küllastusseisundisse, muutudes osaliselt vedelikuks.

See auru omadus seletab sooja ruumi toodud külmade esemete uduseks muutumist, udu, kaste jne teket. Seega saavutatakse auru üleminek küllastumata olekust küllastunud olekusse kahel viisil: 1) langetades temperatuuri ja 2) suurendades rõhku (vähendada mahtu).

Vastupidine üleminek küllastunud olekust küllastumata olekusse saavutatakse: 1) ilma temperatuuri muutumiseta rõhu langusega (mahu suurenemisega) ja 2) auru temperatuuri tõusuga.

Kui küllastunud auru sisaldavat toru hoolikalt kuumutada, aurustub elavhõbeda kohal olev vedelik järk-järgult ja edasisel kuumutamisel on elavhõbeda kohal küllastumata aur.

Inseneriteaduses nimetatakse küllastunud auru ülekuumenemisel saadud küllastumata auru ülekuumendatud auruks. Aurumasinate töötamiseks kasutatakse praegu ainult ülekuumendatud auru, mille temperatuur on 150–600 ° C.

MÄÄRATLUS

Aurustumine on vedeliku auruks muutmise protsess.

Vedelas (või tahkes) mis tahes temperatuuril on teatud arv "kiireid" molekule, mille kineetiline energia on suurem kui potentsiaalne energia nende vastasmõjul aine ülejäänud osakestega. Kui sellised molekulid on pinna lähedal, võivad nad ületada teiste molekulide külgetõmbejõudu ja lennata vedelikust välja, moodustades selle kohal auru. Tahkete ainete aurustumist nimetatakse sageli ka kui sublimatsioon või sublimatsioon.

Aurustumine toimub igal temperatuuril, mille juures antud aine võib olla vedelas või tahkes olekus. Aurustumise kiirus sõltub aga temperatuurist. Temperatuuri tõustes suureneb "kiirete" molekulide arv ja sellest tulenevalt suureneb ka aurustumise intensiivsus. Aurustumiskiirus sõltub ka vedeliku vaba pinna pindalast ja aine tüübist. Nii näiteks aurustub alustassi valatud vesi kiiremini kui klaasi valatud vesi. Alkohol aurustub kiiremini kui vesi jne.

Kondensatsioon

Vedeliku kogus avatud anumas väheneb aurustumise tõttu pidevalt. Kuid tihedalt suletud anumas seda ei juhtu. Seda seletatakse asjaoluga, et samaaegselt vedelikus (või tahkes olekus) aurustamisega toimub vastupidine protsess. Aurumolekulid liiguvad juhuslikult vedeliku kohal, mistõttu osa neist langeb vaba pinna molekulide külgetõmbe mõjul tagasi vedelikku. Auru vedelikuks muutmise protsessi nimetatakse kondenseerumiseks. Auru tahkeks muutmise protsessi nimetatakse tavaliselt aurust kristalliseerumiseks.

Kui valame vedeliku anumasse ja sulgeme selle tihedalt, hakkab vedelik aurustuma ja auru tihedus vedeliku vaba pinna kohal suureneb. Kuid samal ajal suureneb molekulide arv, mis naasevad vedelikku. Avatud anumas on olukord teine: vedelikust lahkunud molekulid ei pruugi vedelikku tagasi pöörduda. Suletud anumas tekib aja jooksul tasakaaluolek: vedeliku pinnalt lahkuvate molekulide arv võrdub vedelikku tagasi pöörduvate aurumolekulide arvuga. Sellist seisundit nimetatakse dünaamilise tasakaalu seisund(Joonis 1). Vedeliku ja auru dünaamilises tasakaalus toimuvad samaaegselt nii aurustumine kui ka kondenseerumine ning mõlemad protsessid kompenseerivad üksteist.

Joonis 1. Dünaamilises tasakaalus olev vedelik

Küllastunud ja küllastumata aur

MÄÄRATLUS

Küllastunud aur Aur on oma vedelikuga dünaamilises tasakaalus.

Nimetus "küllastunud" rõhutab, et antud ruumala antud temperatuuril ei saa sisaldada rohkem auru. Küllastunud auru tihedus on antud temperatuuril maksimaalne ja seetõttu avaldab see anuma seintele maksimaalset survet.

MÄÄRATLUS

küllastumata aur- aur, mis ei ole jõudnud dünaamilise tasakaalu olekusse.

Erinevate vedelike puhul toimub auruküllastumine erinevatel tihedustel, mis on tingitud molekulaarstruktuuri erinevusest, s.t. molekulidevahelise interaktsiooni jõudude erinevus. Vedelikes, milles molekulide interaktsioonijõud on kõrged (näiteks elavhõbedas), saavutatakse dünaamilise tasakaalu seisund madala aurutiheduse korral, kuna vedeliku pinnalt väljuvate molekulide arv on väike. Vastupidi, lenduvates vedelikes, mille molekulide külgetõmbejõud on madalad, lendab samadel temperatuuridel märkimisväärne hulk molekule vedelikust välja ja auru küllastumine saavutatakse suure tihedusega. Selliste vedelike näideteks on etanool, eeter jne.

Kuna aurude kondenseerumisprotsessi intensiivsus on võrdeline aurumolekulide kontsentratsiooniga ja aurustumisprotsessi intensiivsus sõltub ainult temperatuurist ja suureneb selle kasvuga järsult, sõltub molekulide kontsentratsioon küllastunud aurus ainult vedeliku temperatuurist. . Sellepärast Küllastunud auru rõhk sõltub ainult temperatuurist ja ei sõltu mahust. Veelgi enam, temperatuuri tõustes suureneb kiiresti küllastunud auru molekulide kontsentratsioon ja sellest tulenevalt ka küllastunud auru tihedus ja rõhk. Küllastunud auru rõhu ja tiheduse spetsiifilised sõltuvused temperatuurist on erinevate ainete puhul erinevad ja neid saab leida võrdlustabelitest. Selgub, et küllastunud auru kirjeldab reeglina hästi Claiperoni-Mendelejevi võrrand. Kokkusurumisel või kuumutamisel aga küllastunud auru mass muutub.

Küllastumata aur järgib ideaalse gaasi seadusi mõistliku täpsusega.

Näited probleemide lahendamisest

NÄIDE 1

NÄIDE 2