Dependencia de la presión de vapor saturado de la temperatura. química del petróleo

Dado que el vapor saturado es uno de los componentes de un sistema en equilibrio termodinámico de una sustancia de composición homogénea pero diferente en fracciones de fase, comprender la influencia de los individuos factores físicos sobre la cantidad de presión que crea permite utilizar este conocimiento en actividades prácticas, por ejemplo, para determinar la tasa de combustión de ciertos líquidos en caso de incendio, etc.

Dependencia de la presión de vapor saturado de la temperatura.

La presión de vapor saturado aumenta a medida que aumenta la temperatura. En este caso, el cambio de valores no es directamente proporcional, sino que se produce mucho más rápido. Esto se debe al hecho de que al aumentar la temperatura, el movimiento de las moléculas entre sí se acelera y les resulta más fácil superar las fuerzas de atracción mutua y pasar a otra fase, es decir, el número de moléculas en estado líquido disminuye y en estado gaseoso aumenta hasta que todo el líquido se convierte en vapor. Este aumento de presión hace que se levante la tapa de la olla o cuando el agua comience a hervir.

Dependencia de la presión de vapor saturado de otros factores.

La cantidad de presión de vapor saturado también está influenciada por la cantidad de moléculas que han pasado al estado gaseoso, ya que su cantidad determina la masa del vapor formado en un recipiente cerrado. Este valor no es constante, ya que con una diferencia de temperatura entre el fondo del recipiente y la tapa que lo cubre, ocurren constantemente dos procesos mutuamente opuestos: vaporización y condensación.

Dado que para cada sustancia a una determinada temperatura se conocen indicadores de la transición de un cierto número de moléculas de una fase del estado de la sustancia a otra, es posible cambiar el valor de la presión de vapor saturado cambiando el volumen de la buque. Entonces, el mismo volumen de agua, por ejemplo 0,5 litros, creará diferentes presiones en un recipiente de cinco litros y en una tetera.

El factor determinante para determinar el valor de referencia de la presión de vapor saturado a un volumen constante y un aumento gradual de la temperatura es la estructura molecular del propio líquido que se está calentando. Así, los indicadores de acetona, alcohol y agua ordinaria diferirán significativamente entre sí.

Para ver el proceso de ebullición de un líquido, es necesario no solo llevar la presión de vapor saturado a ciertos límites, sino también correlacionar este valor con la presión atmosférica externa, ya que el proceso de ebullición solo es posible cuando la presión exterior es superior a la presión dentro del recipiente.

En esta lección analizaremos las propiedades de un gas algo específico: el vapor saturado. Definiremos este gas, indicaremos en qué se diferencia fundamentalmente de los gases ideales que consideramos anteriormente y, más específicamente, en qué se diferencia la dependencia de la presión de un gas saturado. También en esta lección se analizará y describirá un proceso como el de ebullición.

Para comprender las diferencias entre vapor saturado y un gas ideal, es necesario imaginar dos experimentos.

Primero, tomemos un recipiente con agua herméticamente cerrado y comencemos a calentarlo. A medida que aumenta la temperatura, las moléculas del líquido tendrán cada vez más energía cinética, y cada vez más moléculas podrán escapar del líquido (ver Fig. 2), por lo que aumentará la concentración de vapor y, en consecuencia, su presión. Entonces, el primer punto:

La presión del vapor saturado depende de la temperatura.

Arroz. 2.

Sin embargo, esta situación es bastante esperada y no tan interesante como la siguiente. Si coloca un líquido con su vapor saturado debajo de un pistón móvil y comienza a bajar este pistón, entonces, sin duda, la concentración de vapor saturado aumentará debido a una disminución de volumen. Sin embargo, después de un tiempo, el vapor se moverá con el líquido hacia un nuevo equilibrio dinámico al condensar el exceso de vapor y, finalmente, la presión no cambiará. La segunda posición de la teoría del vapor saturado:

La presión de vapor saturado no depende del volumen.

Ahora bien, cabe señalar que la presión del vapor saturado depende de la temperatura, como un gas ideal, pero la naturaleza de esta dependencia es algo diferente. El hecho es que, como sabemos por la ecuación básica de MKT, la presión del gas depende tanto de la temperatura como de la concentración del gas. Y por tanto, la presión de vapor saturado depende de la temperatura de forma no lineal hasta que aumenta la concentración de vapor, es decir, hasta que se evapora todo el líquido. El siguiente gráfico (Fig. 3) muestra la naturaleza de la dependencia de la presión de vapor saturado de la temperatura,

Arroz. 3

Además, la transición de una sección no lineal a una lineal significa precisamente el punto de evaporación de todo el líquido. Dado que la presión de un gas saturado depende únicamente de la temperatura, es posible determinar de manera absolutamente inequívoca cuál será la presión del vapor saturado a una temperatura determinada. Estas relaciones (así como los valores de densidad del vapor saturado) se ingresan en una tabla especial.

Dirijamos ahora nuestra atención a un proceso físico tan importante como la ebullición. En octavo grado, la ebullición ya se definía como un proceso de vaporización más intenso que la evaporación. Ahora ampliaremos un poco este concepto.

Definición. Hirviendo- el proceso de vaporización que se produce en todo el volumen de líquido. ¿Cuál es el mecanismo de ebullición? El caso es que siempre hay aire disuelto en el agua y, como resultado del aumento de temperatura, su solubilidad disminuye y se forman microburbujas. Dado que el fondo y las paredes del recipiente no son perfectamente lisos, estas burbujas se adhieren a las irregularidades. adentro buque. Ahora la sección agua-aire existe no sólo en la superficie del agua, sino también dentro del volumen de agua, y las moléculas de agua comienzan a formar burbujas. Así, aparece vapor saturado dentro de las burbujas. Luego, estas burbujas comienzan a flotar, aumentan de volumen y absorben más moléculas de agua en su interior, y estallan en la superficie, liberando vapor saturado al medio ambiente (Fig. 4).

Arroz. 4. Proceso de ebullición ()

La condición para la formación y ascenso de estas burbujas es la siguiente desigualdad: la presión del vapor saturado debe ser mayor o igual a la presión atmosférica.

Por tanto, dado que la presión de vapor saturado depende de la temperatura, el punto de ebullición está determinado por la presión. ambiente: cuanto más pequeño es, menor es la temperatura de ebullición del líquido y viceversa.

En la próxima lección comenzaremos a observar las propiedades de los sólidos.

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2. ¿Por qué los escaladores no pueden hervir huevos en altura?
3. ¿Qué formas se te ocurren para refrescarte? té caliente? Justifíquelos desde el punto de vista de la física.
4. ¿Por qué debería reducir la presión del gas en el quemador después de que hierva el agua?
5. *¿Cómo se puede lograr que el agua se caliente por encima de los cien grados centígrados?

Boleto No. 1

Vapor saturado.

Si un recipiente con líquido se cierra herméticamente, la cantidad de líquido primero disminuirá y luego permanecerá constante. A temperatura constante, el sistema líquido-vapor llegará a un estado de equilibrio térmico y permanecerá en él el tiempo que se desee. Simultáneamente al proceso de evaporación se produce también la condensación; ambos procesos, en promedio, se compensan entre sí.

En el primer momento, después de verter el líquido en el recipiente y cerrarlo, el líquido se evaporará y la densidad del vapor sobre él aumentará. Sin embargo, al mismo tiempo, aumentará el número de moléculas que regresan al líquido. Cuanto mayor sea la densidad del vapor, mayor numero mayor sus moléculas regresan al líquido. Como resultado, en un recipiente cerrado a temperatura constante, se establecerá un equilibrio dinámico (móvil) entre líquido y vapor, es decir, el número de moléculas que abandonan la superficie del líquido durante un cierto período de tiempo será igual en promedio al número de moléculas de vapor que regresan al líquido durante el mismo tiempo.

El vapor que está en equilibrio dinámico con su líquido se llama vapor saturado. Esta definición enfatiza que no puede existir una cantidad mayor de vapor en un volumen determinado a una temperatura determinada.

Presión de vapor saturado.

¿Qué pasará con el vapor saturado si se reduce el volumen que ocupa? Por ejemplo, si se comprime vapor que está en equilibrio con el líquido en un cilindro debajo de un pistón, se mantiene constante la temperatura del contenido del cilindro.

Cuando se comprime el vapor, el equilibrio comenzará a alterarse. Al principio, la densidad del vapor aumentará ligeramente y una mayor cantidad de moléculas comenzarán a pasar del gas al líquido que del líquido al gas. Después de todo, el número de moléculas que salen del líquido por unidad de tiempo depende sólo de la temperatura, y la compresión del vapor no cambia este número. El proceso continúa hasta que se restablece el equilibrio dinámico y la densidad del vapor, y por tanto la concentración de sus moléculas toma sus valores anteriores. En consecuencia, la concentración de moléculas de vapor saturado a temperatura constante no depende de su volumen.

Dado que la presión es proporcional a la concentración de moléculas (p=nkT), de esta definición se deduce que la presión del vapor saturado no depende del volumen que ocupa.

Presión p n.p. La presión de vapor a la que un líquido está en equilibrio con su vapor se llama presión de vapor saturado.

Dependencia de la presión de vapor saturado de la temperatura.

El estado del vapor saturado, como muestra la experiencia, se describe aproximadamente mediante la ecuación de estado de un gas ideal y su presión está determinada por la fórmula

A medida que aumenta la temperatura, aumenta la presión. Dado que la presión de vapor saturado no depende del volumen, depende sólo de la temperatura.

Sin embargo, la dependencia de p.n. de T, encontrada experimentalmente, no es directamente proporcional, como en un gas ideal a volumen constante. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la presión del vapor saturado real. más rápido que la presión de un gas ideal (Fig. sección de la curva 12). ¿Por qué está pasando esto?

Cuando un líquido se calienta en un recipiente cerrado, parte del líquido se convierte en vapor. Como resultado, según la fórmula P = nkT, la presión de vapor saturado aumenta no solo debido a un aumento en la temperatura del líquido, pero también debido a un aumento en la concentración de moléculas (densidad) del vapor. Básicamente, el aumento de presión al aumentar la temperatura está determinado precisamente por el aumento de concentración.

(La principal diferencia en el comportamiento de un gas ideal y un vapor saturado es que cuando cambia la temperatura del vapor en un recipiente cerrado (o cuando el volumen cambia a una temperatura constante), la masa del vapor cambia. El líquido se vuelve parcialmente en vapor o, por el contrario, el vapor se condensa parcialmente. C Nada de esto sucede en un gas ideal.)

Cuando todo el líquido se haya evaporado, el vapor dejará de estar saturado con un calentamiento adicional y su presión a un volumen constante aumentará en proporción directa a la temperatura absoluta (ver Fig., sección de la curva 23).

Hirviendo.

La ebullición es una intensa transición de una sustancia del estado líquido al gaseoso, que se produce en todo el volumen del líquido (y no solo en su superficie). (La condensación es el proceso inverso).

A medida que aumenta la temperatura del líquido, aumenta la velocidad de evaporación. Finalmente, el líquido comienza a hervir. Al hervir, se forman burbujas de vapor de rápido crecimiento en todo el volumen del líquido, que flotan hacia la superficie. El punto de ebullición del líquido permanece constante. Esto sucede porque toda la energía suministrada al líquido se gasta convirtiéndolo en vapor.

¿En qué condiciones comienza la ebullición?

Un líquido siempre contiene gases disueltos, liberados en el fondo y las paredes del recipiente, así como en partículas de polvo suspendidas en el líquido, que son centros de vaporización. Los vapores líquidos dentro de las burbujas están saturados. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la presión del vapor saturado y las burbujas aumentan de tamaño. Bajo la influencia de la fuerza de flotación flotan hacia arriba. Si las capas superiores de líquido tienen más baja temperatura, entonces se produce condensación de vapor en burbujas en estas capas. La presión cae rápidamente y las burbujas colapsan. El colapso se produce tan rápidamente que las paredes de la burbuja chocan y se produce algo parecido a una explosión. Muchas de estas microexplosiones crean un ruido característico. Cuando el líquido se caliente lo suficiente, las burbujas dejarán de colapsar y flotarán hacia la superficie. El líquido hervirá. Observe atentamente la tetera en la estufa. Verás que casi deja de hacer ruido antes de hervir.

La dependencia de la presión de vapor saturado de la temperatura explica por qué el punto de ebullición de un líquido depende de la presión sobre su superficie. Una burbuja de vapor puede crecer cuando la presión del vapor saturado en su interior excede ligeramente la presión en el líquido, que es la suma de la presión del aire sobre la superficie del líquido (presión externa) y la presión hidrostática de la columna de líquido.

La ebullición comienza a la temperatura a la que la presión del vapor saturado en las burbujas es igual a la presión en el líquido.

Cuanto mayor es la presión externa, mayor es el punto de ebullición.

Y viceversa, al reducir la presión externa, bajamos el punto de ebullición. Bombeando aire y vapor de agua fuera del matraz, puedes hacer que el agua hierva a temperatura ambiente.

Cada líquido tiene su propio punto de ebullición (que permanece constante hasta que todo el líquido se ha evaporado), que depende de su presión de vapor saturado. Cuanto mayor sea la presión del vapor saturado, menor será el punto de ebullición del líquido.

Calor específico de vaporización.

La ebullición se produce con la absorción de calor.

La mayor parte del calor suministrado se gasta en romper los enlaces entre las partículas de la sustancia, el resto en el trabajo realizado durante la expansión del vapor.

Como resultado, la energía de interacción entre las partículas de vapor se vuelve mayor que entre las partículas de líquido, por lo que la energía interna del vapor es mayor que la energía interna del líquido a la misma temperatura.

La cantidad de calor necesaria para convertir el líquido en vapor durante el proceso de ebullición se puede calcular mediante la fórmula:

donde m es la masa del líquido (kg),

L - calor específico de vaporización (J/kg)

El calor específico de vaporización muestra cuánto calor se necesita para convertir 1 kg de una sustancia determinada en vapor en el punto de ebullición. Unidad calor especifico vaporización en el sistema SI:

[L] = 1 J/kg

Humedad del aire y su medición.

Casi siempre hay cierta cantidad de vapor de agua en el aire que nos rodea. La humedad del aire depende de la cantidad de vapor de agua que contiene.

El aire húmedo contiene un mayor porcentaje de moléculas de agua que el aire seco.

De gran importancia es la humedad relativa del aire, cuyos mensajes se escuchan todos los días en los informes meteorológicos.

ACERCA DE
La humedad relativa es la relación entre la densidad del vapor de agua contenido en el aire y la densidad del vapor saturado a una temperatura determinada, expresada como porcentaje. (muestra qué tan cerca está el vapor de agua en el aire de la saturación)

punto de rocío

La sequedad o humedad del aire depende de qué tan cerca esté el vapor de agua de la saturación.

Si se enfría el aire húmedo, el vapor que contiene se puede saturar y luego se condensará.

Una señal de que el vapor se ha saturado es la aparición de las primeras gotas de líquido condensado: el rocío.

La temperatura a la que el vapor del aire se satura se llama punto de rocío.

El punto de rocío también caracteriza la humedad del aire.

Ejemplos: rocío que cae por la mañana, empañamiento de un vidrio frío al respirar sobre él, formación de una gota de agua en una tubería de agua fría, humedad en los sótanos de las casas.

Para medir la humedad del aire se utilizan instrumentos de medición: higrómetros. Existen varios tipos de higrómetros, pero los principales son los capilares y los psicrométricos. Dado que es difícil medir directamente la presión del vapor de agua en el aire, la humedad relativa se mide indirectamente.

Se sabe que la tasa de evaporación depende de la humedad relativa del aire. Cuanto menor sea la humedad del aire, más fácil será que la humedad se evapore.

EN El psicrómetro tiene dos termómetros. Uno es ordinario, se llama seco. Mide la temperatura del aire ambiente. El bulbo de otro termómetro se envuelve en una mecha de tela y se coloca en un recipiente con agua. El segundo termómetro no muestra la temperatura del aire, sino la temperatura de la mecha húmeda, de ahí el nombre de termómetro húmedo. Cuanto menor es la humedad del aire, más intensamente se evapora la humedad de la mecha, mayor es la cantidad de calor por unidad de tiempo que se elimina del termómetro humedecido, más bajas son sus lecturas, por lo tanto, mayor es la diferencia en las lecturas de seco y Termómetros humedecidos saturación = 100°C y características específicas del estado. rico liquido y seco rico par v"=0,001 v""=1,7 ... mojado saturado vapor con el grado de sequedad Calculamos las extensas características de la humedad rico par Por...

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>>Física: Dependencia de la presión de vapor saturado con la temperatura. Hirviendo

El líquido no sólo se evapora. A cierta temperatura hierve.
Dependencia de la presión de vapor saturado de la temperatura.. El estado del vapor saturado, como lo demuestra la experiencia (hablamos de esto en el párrafo anterior), se describe aproximadamente mediante la ecuación de estado de un gas ideal (10.4), y su presión está determinada por la fórmula

A medida que aumenta la temperatura, aumenta la presión. Porque La presión de vapor saturado no depende del volumen, por lo tanto depende sólo de la temperatura.
Sin embargo, la dependencia r n.p. de t, encontrado experimentalmente, no es directamente proporcional, como el de un gas ideal a volumen constante. Al aumentar la temperatura, la presión del vapor saturado real aumenta más rápido que la presión de un gas ideal ( Fig.11.1, parte de la curva AB). Esto resulta obvio si dibujamos isocoros de un gas ideal a través de los puntos A Y EN(líneas puntedas). ¿Por qué está pasando esto?

Cuando un líquido se calienta en un recipiente cerrado, parte del líquido se convierte en vapor. Como resultado, según la fórmula (11.1) La presión de vapor saturado aumenta no solo debido a un aumento en la temperatura del líquido, sino también debido a un aumento en la concentración de moléculas (densidad) del vapor.. Básicamente, el aumento de presión al aumentar la temperatura está determinado precisamente por el aumento de concentración. La principal diferencia en el comportamiento de un gas ideal y un vapor saturado es que cuando cambia la temperatura del vapor en un recipiente cerrado (o cuando cambia el volumen a una temperatura constante), la masa del vapor cambia. El líquido se convierte parcialmente en vapor o, por el contrario, el vapor se condensa parcialmente. Nada parecido sucede con un gas ideal.
Cuando todo el líquido se haya evaporado, el vapor dejará de estar saturado al calentarse más y su presión a un volumen constante aumentará en proporción directa a la temperatura absoluta (ver. Fig.11.1, parte de la curva Sol).
. A medida que aumenta la temperatura del líquido, aumenta la velocidad de evaporación. Finalmente, el líquido comienza a hervir. Al hervir, se forman burbujas de vapor de rápido crecimiento en todo el volumen del líquido, que flotan hacia la superficie. El punto de ebullición del líquido permanece constante. Esto sucede porque toda la energía suministrada al líquido se gasta convirtiéndolo en vapor. ¿En qué condiciones comienza la ebullición?
Un líquido siempre contiene gases disueltos, liberados en el fondo y las paredes del recipiente, así como en partículas de polvo suspendidas en el líquido, que son centros de vaporización. Los vapores líquidos dentro de las burbujas están saturados. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la presión del vapor saturado y las burbujas aumentan de tamaño. Bajo la influencia de la fuerza de flotación flotan hacia arriba. Si las capas superiores del líquido tienen una temperatura más baja, entonces se produce condensación de vapor en burbujas en estas capas. La presión cae rápidamente y las burbujas colapsan. El colapso se produce tan rápidamente que las paredes de la burbuja chocan y se produce algo parecido a una explosión. Muchas de estas microexplosiones crean un ruido característico. Cuando el líquido se caliente lo suficiente, las burbujas dejarán de colapsar y flotarán hacia la superficie. El líquido hervirá. Observe atentamente la tetera en la estufa. Verás que casi deja de hacer ruido antes de hervir.
La dependencia de la presión de vapor saturado de la temperatura explica por qué el punto de ebullición de un líquido depende de la presión sobre su superficie. Una burbuja de vapor puede crecer cuando la presión del vapor saturado en su interior excede ligeramente la presión en el líquido, que es la suma de la presión del aire sobre la superficie del líquido (presión externa) y la presión hidrostática de la columna de líquido.
Prestemos atención al hecho de que la evaporación de un líquido se produce a temperaturas inferiores al punto de ebullición, y solo desde la superficie del líquido; durante la ebullición, la formación de vapor se produce en todo el volumen del líquido.
La ebullición comienza a la temperatura a la que la presión del vapor saturado en las burbujas es igual a la presión en el líquido.
Cuanto mayor es la presión externa, mayor es el punto de ebullición.. Así, en una caldera de vapor a una presión que alcanza 1,6 · 10 6 Pa, el agua no hierve ni siquiera a una temperatura de 200 ° C. En instituciones médicas en recipientes herméticamente cerrados - autoclaves ( Fig.11.2) la ebullición del agua también ocurre en hipertensión. Por tanto, el punto de ebullición del líquido es mucho mayor que 100°C. Los autoclaves se utilizan para esterilizar instrumentos quirúrgicos, etc.

Y viceversa, Al reducir la presión externa, reducimos el punto de ebullición.. Bombeando aire y vapor de agua fuera del matraz, puedes hacer que el agua hierva a temperatura ambiente ( Fig.11.3). Al escalar las montañas Presión atmosférica disminuye, por lo que el punto de ebullición disminuye. A una altitud de 7134 m (pico Lenin en el Pamir), la presión es de aproximadamente 4·10 4 Pa ​​​​(300 mm Hg). Allí el agua hierve a unos 70°C. Es imposible cocinar carne en estas condiciones.

Cada líquido tiene su propio punto de ebullición, que depende de su presión de vapor saturado. Cuanto mayor es la presión del vapor saturado, menor es el punto de ebullición del líquido, ya que a temperaturas más bajas la presión del vapor saturado se vuelve igual a la presión atmosférica. Por ejemplo, a un punto de ebullición de 100°C, la presión de vapor saturado del agua es de 101.325 Pa (760 mm Hg) y la presión del vapor de mercurio es de sólo 117 Pa (0,88 mm Hg). Mercurio hierve a una temperatura de 357°C en presión normal.
Un líquido hierve cuando su presión de vapor saturado se vuelve igual a la presión dentro del líquido.

???
1. ¿Por qué aumenta el punto de ebullición al aumentar la presión?
2. ¿Por qué es importante al hervir aumentar la presión del vapor saturado en las burbujas y no aumentar la presión del aire en ellas?
3. ¿Cómo hacer hervir un líquido mientras se enfría el recipiente? (Esta pregunta no es fácil).

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Física, décimo grado

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