13,8: Тиск пари

Last updated
Save as PDF

Page ID: 19258

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Що змушує цю іграшку рухатися?

Питна качка - це іграшка, з якою багато дітей (і дорослих) люблять грати. Побачити питну качку в дії можна в відео нижче:

Рух качки ілюструє фізичний принцип, який називається тиском пари. У міру зміни тиску пари рідина в качці рухається вгору і вниз, змушуючи качку рухатися.

Тиск пари

При закритті частково заповненої ємності з рідиною пробкою деякі молекули рідини на поверхні випаровуються в парову фазу. Однак молекули пари не можуть вирватися з контейнера. Отже, через певний проміжок часу простір над рідиною досягає точки, де вона не може більше утримувати молекули пари. Тепер деякі молекули пари конденсуються назад у рідину. Система досягає точки, де швидкість випаровування дорівнює швидкості конденсації (див. Малюнок нижче). Це вважається динамічною рівновагою між рідкою і паровою фазою.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Рівновага між рідкою фазою та паровою фазою. (Кредит: Крістофер Auyeung; Джерело: CK-12 Foundation; Ліцензія: CC BY-NC 3.0 (відкривається в новому вікні))

Динамічну рівновагу можна проілюструвати рівнянням з подвійною стрілкою, що означає, що реакція відбувається в обох напрямках і з однаковою швидкістю.

\[\ce{H_2O} \left( l \right) \rightleftharpoons \ce{H_2O} \left( g \right)\nonumber \]

Напрямок вперед представляє процес випаровування, тоді як зворотний - процес конденсації.

Оскільки вони не можуть вийти з контейнера, молекули пари над поверхнею рідини чинять тиск на стінки контейнера. Тиск пари - це міра тиску (сили на одиницю площі), що чиниться газом над рідиною в герметичній ємності. Тиск пари - це властивість рідини, заснована на силі її міжмолекулярних сил. Рідина зі слабкими міжмолекулярними силами легше випаровується і має більш високий тиск пари. Рідина з більш сильними міжмолекулярними силами не випаровується легко, і, таким чином, має більш низький тиск пари. Наприклад, діетиловий ефір - неполярна рідина зі слабкими силами дисперсії. Тиск його пари при\(20^\text{o} \text{C}\) є\(58.96 \: \text{kPa}\). Вода - полярна рідина, молекули якої притягуються один до одного відносно сильним водневим зв'язком. Тиск пари води при цьому\(20^\text{o} \text{C}\) тільки\(2.33 \: \text{kPa}\), набагато менше, ніж у діетилового ефіру.

Тиск і температура пари

Тиск пари залежить від температури. Коли рідина в закритій ємності нагрівається, більше молекул виходить з рідкої фази і випаровується. Більша кількість молекул пари частіше вдаряє стінки ємності, в результаті чого збільшується тиск. У таблиці нижче показана температурна залежність тиску пари трьох рідин.

Тиск пари (у\(\text{kPa}\) трьох рідинях при різних температурах
Таблиця\(\PageIndex{1}\): Тиск пари (у\(\text{kPa}\) трьох рідинях при різних температурах
\ (\ pageIndex {1}\): Тиск пари (у трьох\(\text{kPa}\) рідинях при різних температурах» style="vertical-align:middle; ">	\(0^\text{o} \text{C}\)	\(20^\text{o} \text{C}\)	\(40^\text{o} \text{C}\)	\(60^\text{o} \text{C}\)	\(80^\text{o} \text{C}\)	\(100^\text{o} \text{C}\)
\ (\ pageIndex {1}\): Тиск пари (у\(\text{kPa}\) трьох рідинях при різних температурах» style="vertical-align:middle; ">Вода	0,61	2.33	7.37	19.92	47.34	101.33
\ (\ pageIndex {1}\): Тиск пари (у\(\text{kPa}\) трьох рідинях при різних температурах» style="vertical-align:middle; ">Етанол	1.63	5.85	18.04	47.02	108.34	225.75
\ (\ pageIndex {1}\): Тиск пари (у\(\text{kPa}\) трьох рідинях при різних температурах» style="vertical-align:middle; ">Діетиловий ефір	24.70	58.96	122.80	230.65	399.11	647.87

Зверніть увагу, що температурна залежність тиску пари не лінійна. Від\(0^\text{o} \text{C}\) до\(80^\text{o} \text{C}\), тиск пари води збільшується на\(46.73 \: \text{kPa}\), при цьому воно збільшується лише на проліт\(53.99 \: \text{kPa}\) в двадцять градусів від\(80^\text{o} \text{C}\) до\(100^\text{o} \text{C}\).

Симуляція

Коли-небудь намагалися кип'ятити воду на вершині гори? Дослідіть взаємозв'язок між висотою, тиском пари та температурою кипіння в цьому моделюванні:

Чи всюди кипить вода при 100 ^° С?

Резюме

Тиск пари - це міра тиску, що чиниться газом над рідиною в герметичній ємності.
Сильні міжмолекулярні сили виробляють меншу швидкість випаровування і менший тиск пари.
Слабкі міжмолекулярні сили виробляють більш високу швидкість випаровування і більш високий тиск пари.
Зі збільшенням температури тиск пари збільшується.

Рецензія

Визначте тиск пари.
Як впливають міжмолекулярні сили на тиск пари?
Як температура впливає на тиск пари?