Πίεση ατμών

Σε μέσες θερμοκρασίες, ένα συστατικό με υψηλή τάση ατμών είναι πτητικό.

Η πτητότητα είναι η υλική ιδιότητα μιας ουσίας που περιγράφει την ετοιμότητά της να εξατμιστεί. Η τάση ατμών αναφέρεται επίσης ως ισορροπίαπίεση ατμών . Είναι η πίεση που ασκεί ο ατμός όταν βρίσκεται σε κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας. Η ασκούμενη πίεση είναι σε καθορισμένη θερμοκρασία με τις συμπυκνωμένες φάσεις στερεού ή υγρού. Αυτό το υλικό μελέτης πίεσης ατμών θα σας δώσει βαθιές γνώσεις για όλες τις σχετικές έννοιες με παραδείγματα και τύπους.

Πίεση ατμών

Σε ένα συνεχώς θερμαινόμενο δοχείο με λίγο νερό, οι ενώσεις του υγρού φαίνονται να μετατοπίζονται με διαφορετικές ταχύτητες προς διάφορες κατευθύνσεις μέσα σε αυτό. Αυτό οφείλεται στις διάφορες κινητικές ενέργειες των μορίων του υγρού.

Όταν ένα ρευστό θερμαίνεται, η ενέργεια του μορίου που υπάρχει στο υγρό αυξάνεται. Αυτό το κάνει να γίνεται πιο ελαφρύ και να πιάνει την επιφάνεια του υγρού. Αυτό αναφέρεται ως «εξάτμιση». Τα μόρια που είναι ορατά στην επιφάνεια του υγρού αναφέρονται ως «ατμός».

Η διαδικασία εξάτμισης επαναλαμβάνεται σταθερά, αν και η θερμοκρασία του υγρού παραμένει σταθερή. Όταν ορισμένες ενώσεις του υγρού σε κατάσταση ατμού συγκρούονται με τις επιφάνειες των τοιχωμάτων των δοχείων, μπορεί να επανέλθουν στην υγρή φάση. Το όνομα που δόθηκε σε αυτή τη διαδικασία είναι συμπύκνωση.

Η πίεση ατμών ισορροπίας δημιουργείται για να χρησιμεύσει ως δείκτης του ρυθμού εξάτμισης ενός υγρού. Είναι γνωστό ότι η τάση των σωματιδίων να απελευθερώνονται από ένα υγρό σχετίζεται. Τα σωματίδια μπορούν επίσης να απελευθερωθούν από μια στερεά κατάσταση. Το πτητικό υλικό έχει υψηλή πίεση ατμού σε κανονικές θερμοκρασίες. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η τάση ατμών αναφέρεται στην πίεση που ασκείται από έναν ατμό πάνω από την επιφάνεια του υγρού. 

Μέτρηση της πίεσης ατμών

Η τάση ατμών μπορεί να μετρηθεί μέσω τυπικών μονάδων πίεσης. Το Διεθνές Σύστημα Μονάδων προσδιορίζει την πίεση ως μονάδα πηγής με δύναμη ανά περιοχή και το πασκάλ (Pa) εκχωρείται ως τυπική μονάδα του. Ένα πασκάλ ισοδυναμεί με ένα newton ανά τετραγωνικό μέτρο.

Η φάση εκτέλεσης της τάσης ατμών είναι μια απλή διαδικασία για γνωστές πιέσεις που κυμαίνονται από 1 έως 200 kPa. Τα πιο ακριβή ευρήματα επιτυγχάνονται κοντά στα σημεία βρασμού των ενώσεων και μετρήσεις μικρότερες από 1 kPa δημιουργούν τεράστια σφάλματα. Ο καθαρισμός της ελεγχόμενης ουσίας, η απομόνωση της σε ένα δοχείο, η εκκένωση οποιουδήποτε νέου αερίου και η μέτρηση της πίεσης ισορροπίας της φάσης μορφής ατμού της ένωσης στο δοχείο σε διάφορες θερμοκρασίες φαίνεται να είναι τυπικές τεχνικές. Όταν λαμβάνονται προφυλάξεις για να διασφαλιστεί ότι ολόκληρη η ένωση και οι ατμοί της βρίσκονται στην καθορισμένη θερμοκρασία, η ακρίβεια βελτιώνεται.

Σημείο βρασμού

Τα υψηλότερα υψόμετρα έχουν χαμηλότερες ατμοσφαιρικές πιέσεις και το νερό βράζει σε μειωμένες θερμοκρασίες. Καθώς η θερμοκρασία ενός υγρού αυξάνεται, η τάση ατμών του αυξάνεται αντίστοιχα. Φτάνει σε ένα σημείο όπου η τάση ατμών του υγρού είναι ισοδύναμη με την ατμοσφαιρική πίεση. Πλησιάζοντας αυτή τη θερμοκρασία, οι ατμοί φτάνουν κοντά στην επιφάνεια και αρχίζουν να διαφεύγουν στον περιβάλλοντα αέρα και το υγρό περνάει από μια μετατροπή φάσης. Αυτή η θερμοκρασία είναι γνωστή ως το σημείο βρασμού του υγρού.

Η θερμότητα της εξάτμισης

Όταν αυξάνουμε τη θερμοκρασία ενός υγρού, αυξάνεται η αντίστοιχη ενέργεια του, οδηγώντας σε αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα και της θερμικής κλίσης. Τα σωματίδια απορροφούν την περίσσεια θερμότητας στο σημείο βρασμού για να επιλύσουν τη διασωματιδιακή δύναμη έλξης. Αυτό συμβαίνει στην υγρή κατάσταση και κατά τη μετάβαση στην αέρια κατάσταση.

Η θερμότητα που παρέχεται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας όταν 1 mole υγρού μετατρέπεται σε αέρια κατάσταση είναι γνωστή ως θερμότητα εξάτμισης.

Η τάση ατμών του υγρού, η οποία αυξάνεται με τη θερμοκρασία, μετρά την τάση μιας ουσίας να μετατρέπεται σε αέρια ή αέρια κατάσταση. Το σημείο βρασμού ενός υγρού είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία η πίεση ατμών στο εξωτερικό του αντιστοιχεί στην πίεση που εφαρμόζεται από το περιβάλλον του. Η τάση ατμών σε οποιαδήποτε θερμοκρασία ορίζεται ως η πίεση που εφαρμόζεται από τον ατμό, ο οποίος είναι διαθέσιμος πάνω από το ρευστό σε ισορροπία με το υγρό σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία.

Νόμος του Raoult

Ο νόμος του Raoult δηλώνει ότι η τάση ατμών ενός συστατικού στο διάλυμα είναι ισοδύναμη με την τάση ατμών του καθαρού συστατικού πολλαπλασιαζόμενη με τη μοριακή του συγκέντρωση στο διάλυμα.

Η εξίσωση του νόμου του Raoult γράφεται μαθηματικά ως:

Psolution =ΧsolventP0solvent

Όπου, PSolution =η τάση ατμών του διαλύματος

XSolvent =το μοριακό κλάσμα του διαλύτη

P0solvent =η πίεση ατμών του καθαρού διαλύτη

Θα καταλάβουμε περισσότερα για τη βασική αρχή του νόμου κοιτάζοντας το παρακάτω παράδειγμα.

Θεωρήστε ένα δοχείο με διάλυμα πτητικών υγρών Α και Β. Επειδή το Α και το Β είναι και τα δύο πτητικά, και τα δύο σωματίδια του Α και του Β θα υπήρχαν στη φάση ατμού.

Ως αποτέλεσμα, τα σωματίδια ατμού Α και Β επιβάλλουν διαφορική πίεση, προσθέτοντας στη βαθμίδα πίεσης ακριβώς πάνω από το διάλυμα.

Συμπέρασμα

Η πίεση που εφαρμόζεται από τον ατμό πάνω από αυτή της επιφάνειας ενός υγρού αναφέρεται ως πίεση ατμών. Η κινητική ενέργεια των μορίων ενός υγρού τείνει να αυξάνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία του. Καθώς η κινητική ενέργεια του μορίου τείνει να αυξάνεται, αυξάνεται και ο αριθμός των γραμμομορίων που μεταφέρονται σε έναν τέτοιο ατμό, αυξάνοντας την τάση των ατμών. Η τάση ατμών οποιασδήποτε ουσίας αυξάνεται μη γραμμικά στη θερμοκρασία.