Osapainetta ja höyrynpaine
Osapainetta ja höyrynpaineita käytetään yleisesti tieteellisiin termeihin, jotka liittyvät järjestelmän komponenttien aiheuttaman paineen määrään, mutta niiden identiteetti voi olla hämmentävää muille. Näiden termien, niiden vaikutusten ja identiteetin välillä on selvä ero. Tässä artikkelissa käsitellään enemmän näiden termien välisiä eroja. Se sisältää myös joitain esimerkkejä niiden sovellusten demistisoimisesta.
Aloitamme korostamalla paineen käsite ennen kuin voimme erottaa höyryn ja osapaineen välisen eron. Paine on tieteellisesti määritelty kohteena olevan kohteen tai aineen yksikköalueella. Se voidaan myös määritellä voimaksi, jota törmäävät hiukkaset soveltavat toisiinsa, ja se mitataan usein Pascalilla. Hiukkasten törmäyksessä käytetään kaasuyhtälöä ja kaasujen kineettistä teoriaa laskettaessa paineita.
Mikä on höyrynpaine?
Höyrynpaine voi koskea nestemäisiä tai kiinteitä faaseja. Höyryn termodynaaminen tasapaino on sen nesteen tai kiinteän tilan lämpötila suljetussa järjestelmässä, kun sekä höyry että neste (kiinteä) ovat kosketuksissa. Tämä paine syntyy höyrystymisen seurauksena, mikä mahdollistaa kiinteän aineen tai nesteen lisääntynyt lämpö. Siten lämpötilaa käytetään höyrystämisen mittauksena ja se on suoraan verrannollinen höyrynpaineeseen. Tämä tarkoittaa sitä, mitä korkeampi lämpötila on, sitä korkeampi höyrynpaine.
Höyrystymisen aikana ilmamolekyylit päästävät korkeamman kineettisen energian seurauksena ilmassa suljetussa järjestelmässä. Silloin kun tasapainossa höyrynpaine syntyy höyryn ja sen tiivistetyn nestemäisen muodon (kiinteä) välillä. Ratkaisuissa, joissa molekyylien väliset voimat ovat heikompia, höyrynpaine on yleensä enemmän ja päinvastoin liuoksissa, joissa molekyylien väliset voimat ovat voimakkaammat, höyrynpaine on pienempi.
Höyrynpaine voi myös tapahtua ihanteellisissa seoksissa, kuten Raoultin laki selitti. Se toteaa, että tietyn komponentin osittainen höyrynpaine nestemäisessä tai kiinteässä seoksessa on yhtä suuri kuin kyseisen komponentin höyrynpaine kerrottuna sen mooliosuudella kyseisessä seoksessa tietyssä lämpötilassa. Alla oleva esimerkki havainnollistaa sitä.
Esimerkki 1.
Koska ideaalinen seos on 0,5 mol. etanolia ja 1,5 moolia. metanoli, jonka höyrynpaine on 30 kPa ja vastaavasti 52 kPa, määrittää kunkin komponentin osittaisen höyrynpaineen.
Ratkaisu:
Moolien kokonaismäärä on 1,5 mooli + 0,5 mooli = 2,0 moolia. Raoultin lain mukaan osittainen höyrynpaine on sama kuin höyrynpaine kerrottuna kyseisen komponentin molaarisella jakeella. Tässä tapauksessa Pmetanoli = 1,5 / 2 * 52 = 39KPa ja Petanolia = 0,5 / 2 * 30 = 7,5KPa.
Kun osassa on osia höyrynpaineessa, saat kokonaishöyrynpaineen lisäämällä siihen yhteen. Tässä suhteessa 7,5 + 39 antaa 46,5 kPa: n kokonaishöyrynpaineen etanoli- ja metanoliliuosten seoksesta.
Höyrynpaineeseen vaikuttavat tekijät
Molekyylien identiteetti
Kuten edellä mainittiin, molekyylivoimatyypit määrittävät käytettävän höyrynpaineen määrän. Jos voimat ovat voimakkaammat, syntyy vähemmän höyrynpaine ja jos heikompi, syntyy enemmän höyrynpaineita. Siksi nesteen tai kiinteän aineen koostumus vaikuttaa höyrynpaineeseen.
Lämpötila
Korkeampi lämpötila johtaa suurempaan höyrynpaineeseen, koska se aktivoi enemmän liike-energiaa katkaisemaan molekyylivoimat niin, että molekyylit voivat poistua nestepinnasta nopeasti. Kun höyrynpaine (tyydyttynyt höyrynpaine) vastaa ulkoista painetta (ilmakehän paine), neste alkaa kiehua. Alempi lämpötila johtaa hitaaseen höyrynpaineeseen ja nesteen kiehumiseen kuluu aikaa.
Daltonin osavaltion paino-oikeus
Mikä on osapaine?
Ajatus osapaineesta ehdotti ensin tunnettu tutkija John Dalton. Se synnytti osittaispaineensa lain, jossa todetaan, että ihanteellinen kaasuseoksen kokonaistuotto on yhtä suuri kuin yksittäisten kaasujen osapaineiden summa.Sanotaan, että tietty säiliö on täynnä vety-, typpi- ja happi- kaasuja, kokonaispaine, PKAIKKI YHTEENSÄ, on yhtä suuri kuin hapen, typen ja vedyn summa. Kaasun osapaine tässä seoksessa lasketaan kertomalla kokonaispaine yksittäisen kaasun mooliosuudella.
Lyhyesti sanottuna osittainen paine on seoksen painosta, jota tietty kaasu vaikuttaa seoksessa kuin se toimisi yksin järjestelmässä. Tällöin jätät muut kaasut huomiotta, kun määrität yksittäisen kaasun osapaineen. Tämä teoria voidaan todentaa injektoimalla, toisin sanoen 0,6 metriä O: ta2 10,0 litran säiliöön 230 K: ssa ja sitten pistämällä 0,4 Nm N2 samassa säiliössä, joka on samankokoinen samassa lämpötilassa, ja lopulta yhdistää kaasut kokonaispainon mittaamiseksi; se on kahden kaasun summa. Tämä selittää selkeästi yksittäisen kaasun osapaineen ei-reaktiivisten kaasujen seoksessa.
Osapaineen laskeminen
Osittaisen paineen laskeminen on ehdoton tuulta, koska Daltonin laissa [1] on määräyksiä siitä. Se riippuu tyypillisistä tiedoista. Jos esim. Kaasun A ja B seoksen ja kaasun A paineen perusteella saadaan kokonaispaine, B: n osapaine voidaan laskea käyttämällä PKAIKKI YHTEENSÄ = P + PB. Loput ovat algebrallisia manipulointeja. Mutta siinä tapauksessa, että vain seoksen kokonaispaine on annettu, voit käyttää kaasun B molaarista osaa sen määrittämiseksi, onko osapaine. Mooli, jota merkitään X: llä, voidaan löytää jakamalla kaasun B moolit kaasuseoksen kokonaismooleilla. Sitten osapaineen etsimiseksi kerrotaan mooliosuus X, kokonaispaineella. Alla olevassa esimerkissä käsitellään sitä.
Esimerkki 2.
Typpi ja happi, 2,5 moolia ja 1,85 moolia vastaavasti, injektoidaan 20,0 l: n astiaan, jonka kokonaispaino on 4 mt; laskea hapen kaasun aiheuttaman osapaineen.
Ratkaisu:
Seoksessa olevien moolien kokonaismäärä on 2,5 + 1,85 = 4,35 moolia. Niinpä hapen X mooliosuusO, on 1,85 moolia / 4,35 moolia = 0,425 moolia. Hapen osapaine on 0,425 * 4tm = 1,7 til. Jäljelle jäävän kaasun osapaine voidaan laskea saman lähestymistavan perusteella tai se voidaan laskea käyttämällä Daltonin osittaispaineiden lain mukaista hapen kaasua ja kokonaispaineita, joiden mukaan ei-reaktiivisten kaasujen kokonaispaino on yhtä suuri kuin osittaispaineiden summa.
Höyryn ja osapaineen välinen ero
Edellä olevista selityksistä käy ilmi, että höyrynpaine ja osapaine ovat kaksi erillistä paineita. Höyrynpaine koskee nestemäisiä ja kiinteitä faaseja, kun kaasupurkaus koskee osapaineita. Höyrynpaine kohdistuu vaiheensiirtoon, kun liuokseen on lisätty riittävästi lämpöä ja siten johtavat sen molekyylien pakenemiseen suljetussa järjestelmässä.
Suurin ero osapaineen ja höyrynpaineen välillä on se, että osapaine on yksittäisen kaasun seoksessa kohdistuva paine ikään kuin se olisi yksin kyseisessä järjestelmässä, kun taas höyrynpaine viittaa höyryn aiheuttamasta paineesta termodynaamisessa tasapainossaan sen tiivistetty nestemäinen tai kiinteä tila. Alla olevassa taulukossa on tiivis vertailu näistä paineista.
| Höyrynpaine | Osittainen paine |
| Nestemäistä tai kiinteää höyryä kohdistuu sen kondensoituun vaiheeseen tasapainossa | Yksittäiset kaasut vaikuttavat ei-reaktiiviseen kaasuseokseen |
| Hyvin selitetty Raoultin lain mukaan | Selvästi Daltonin lakia |
| Soveltuu kiinteisiin ja nestemäisiin vaiheisiin | Käytetään vain kaasumaisissa vaiheissa |
| Riippuu järjestelmän pinta-alasta tai tilavuudesta | Lasketaan käyttäen samassa tilavuudessa olevia kaasuja |
| Lasketaan käyttäen liuenneen mooliosuus | Laskettu käyttäen kaasun mooliosuutta |
Paketoida!
Höyrynpaine ja osapaine ovat kaksi tärkeää tieteellistä termiä, joita käytetään määritettäessä höyryn ja kaasujen vastaavien joukoiden vaikutukset tietyllä suljetulla järjestelmällä tietyissä lämpötiloissa. Niiden tärkein ero on sovellutusalue, jossa höyrynpaine kohdistuu nestemäisiin tai kiinteisiin vaiheisiin, kun taas osapaine kohdistetaan yksittäiseen kaasuun ihanteellisten kaasujen seoksessa tietyssä tilavuudessa.
Osapaine lasketaan helposti Daltonin osittaispaineiden lain mukaan, kun taas höyrynpaine lasketaan soveltamalla Raoultin lakia.Jokaisessa seoksessa kukin kaasuosaaja käyttää omaa painetta, jota kutsutaan muiden kaasujen riippumattomaksi osapaineeksi. Ja kun kaksinkertaistat minkä tahansa komponentin moolit, kun lämpötila pysyy vakiona, lisää sen osapaineesi. Clausius-Clapeyron-suhteen [2] mukaan höyrynpaine nousee lämpötilan noustessa.
Edellä mainituilla tiedoilla sinun pitäisi pystyä erottamaan höyrynpaine ja osapaine. Sinun pitäisi myös pystyä laskemaan ne molaarisilla fraktioilla ja kertomalla kokonaispainosta. Olemme antaneet sinulle tyypillisiä esimerkkejä näiden paineiden soveltamisesta.
