Πίνακας κορεσμένων ατμών αιθυλικής αλκοόλης. Ακετόνη: τύπος, ιδιότητες, εφαρμογή

Στην πράξη, πολυάριθμα διαλύματα χρησιμοποιούνται ευρέως, που αποτελούνται από δύο ή περισσότερα υγρά που είναι άμεσα διαλυτά μεταξύ τους. Τα πιο απλά είναι μείγματα (διαλύματα) που αποτελούνται από δύο υγρά - δυαδικά μείγματα. Τα σχέδια που βρέθηκαν για τέτοια μείγματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για πιο σύνθετα. Τέτοια δυαδικά μείγματα περιλαμβάνουν: βενζόλιο-τολουόλιο, αλκοόλη-αιθέρας, ακετόνη-νερό, αλκοόλη-νερό κ.λπ. Στην περίπτωση αυτή, και τα δύο συστατικά περιέχονται στη φάση ατμού. Η πίεση κορεσμένων ατμών του μείγματος θα είναι το άθροισμα των μερικών πιέσεων των συστατικών. Δεδομένου ότι η μετάβαση ενός διαλύτη από ένα μείγμα σε μια κατάσταση ατμού, που εκφράζεται από τη μερική του πίεση, είναι πιο σημαντική, όσο υψηλότερη είναι η περιεκτικότητα των μορίων του στο διάλυμα, ο Raoult διαπίστωσε ότι «η μερική πίεση του κορεσμένου ατμού του διαλύτη παραπάνω το διάλυμα είναι ίσο με το γινόμενο της πίεσης κορεσμένων ατμών πάνω από τον καθαρό διαλύτη στην ίδια θερμοκρασία από το μοριακό του κλάσμα στο διάλυμα":

Οπου - κορεσμένη πίεση ατμών του διαλύτη πάνω από το μείγμα. - πίεση κορεσμένων ατμών πάνω από καθαρό διαλύτη· N – μοριακό κλάσμα διαλύτη στο μείγμα.

Η εξίσωση (8.6) είναι μια μαθηματική έκφραση του νόμου του Raoult. Για να περιγράψει τη συμπεριφορά μιας πτητικής διαλυμένης ουσίας (το δεύτερο συστατικό ενός δυαδικού συστήματος), χρησιμοποιείται η ίδια έκφραση:

. (8.7)

Η συνολική πίεση κορεσμένων ατμών πάνω από το διάλυμα θα είναι ίση με (νόμος Dalton):

Η εξάρτηση της μερικής και της ολικής τάσης ατμών του μείγματος από τη σύνθεσή του φαίνεται στο Σχ. 8.3, όπου ο άξονας τεταγμένων δείχνει την πίεση κορεσμένων ατμών και ο άξονας της τετμημένης δείχνει τη σύνθεση του διαλύματος σε μοριακά κλάσματα. Σε αυτή την περίπτωση, κατά μήκος του άξονα της τετμημένης, η περιεκτικότητα μιας ουσίας (Α) μειώνεται από αριστερά προς τα δεξιά από 1,0 σε 0 κλάσματα mole και η περιεκτικότητα του δεύτερου συστατικού (Β) αυξάνεται ταυτόχρονα προς την ίδια κατεύθυνση από 0 σε 1,0. Για κάθε συγκεκριμένη σύνθεση, η συνολική πίεση κορεσμένων ατμών είναι ίση με το άθροισμα των μερικών πιέσεων. Η συνολική πίεση του μείγματος ποικίλλει από την πίεση κορεσμένων ατμών ενός μεμονωμένου υγρού στην πίεση κορεσμένων ατμών του δεύτερου καθαρού υγρού .

Οι νόμοι του Raoult και του Dalton χρησιμοποιούνται συχνά για την αξιολόγηση του κινδύνου πυρκαγιάς από μείγματα υγρών.

Σύνθεση μείγματος, μοριακά κλάσματα

Ρύζι. 8.3 Διάγραμμα σύνθεσης διαλύματος - πίεση κορεσμένων ατμών

Τυπικά, η σύνθεση της φάσης ατμού δεν συμπίπτει με τη σύνθεση της υγρής φάσης και η φάση ατμού εμπλουτίζεται σε ένα πιο πτητικό συστατικό. Αυτή η διαφορά μπορεί επίσης να απεικονιστεί γραφικά (το γράφημα μοιάζει με το γράφημα στο Σχ. 8.4, μόνο που η τεταγμένη δεν είναι η θερμοκρασία, αλλά η πίεση).

Σε διαγράμματα που αντιπροσωπεύουν την εξάρτηση των σημείων βρασμού από τη σύνθεση (διάγραμμα σύνθεση - σημείο βρασμούρύζι. 8.4), είναι συνήθως σύνηθες να κατασκευάζονται δύο καμπύλες, η μία από τις οποίες συσχετίζει αυτές τις θερμοκρασίες με τη σύνθεση της υγρής φάσης και η άλλη με τη σύνθεση του ατμού. Η κάτω καμπύλη αναφέρεται σε υγρές συνθέσεις (υγρή καμπύλη) και η άνω καμπύλη αφορά συνθέσεις ατμού (καμπύλη ατμού).

Το πεδίο που περιέχεται μεταξύ των δύο καμπυλών αντιστοιχεί σε ένα σύστημα δύο φάσεων. Οποιοδήποτε σημείο βρίσκεται σε αυτό το πεδίο αντιστοιχεί στην ισορροπία δύο φάσεων - διαλύματος και κορεσμένου ατμού. Η σύνθεση των φάσεων ισορροπίας καθορίζεται από τις συντεταγμένες των σημείων που βρίσκονται στη τομή της ισόθερμης που διέρχεται από τις καμπύλες και το δεδομένο σημείο.

Σε θερμοκρασία t 1 (σε δεδομένη πίεση), ένα υγρό διάλυμα σύνθεσης x 1 θα βράσει (σημείο a 1 στην καμπύλη υγρού), ο ατμός σε ισορροπία με αυτό το διάλυμα έχει σύνθεση x 2 (σημείο b 1 στην καμπύλη ατμού).

Εκείνοι. υγρό της σύνθεσης x 1 θα αντιστοιχεί στον ατμό της σύνθεσης x 2.

Με βάση τις εκφράσεις:
,
,
,
,

Η σχέση μεταξύ της σύνθεσης της υγρής και της ατμικής φάσης μπορεί να εκφραστεί με τη σχέση:

. (8.9)

Ρύζι. 8.4. Διάγραμμα σύνθεσης-σημείου βρασμού δυαδικών μιγμάτων.

Η πραγματική πίεση κορεσμένων ατμών ενός μεμονωμένου υγρού σε μια δεδομένη θερμοκρασία είναι μια χαρακτηριστική τιμή. Πρακτικά δεν υπάρχουν υγρά που να έχουν την ίδια πίεση κορεσμένων ατμών στην ίδια θερμοκρασία. Να γιατί πάντα λίγο πολύ . Αν >, Οτι >, δηλ. η σύνθεση της ατμικής φάσης εμπλουτίζεται με το συστατικό Α. Κατά τη μελέτη διαλυμάτων, η Δ.Π. Ο Konovalov (1881) έκανε μια γενίκευση που ονομάζεται ο πρώτος νόμος του Konovalov.

Σε ένα δυαδικό σύστημα, ο ατμός, σε σύγκριση με το υγρό που βρίσκεται σε ισορροπία μαζί του, είναι σχετικά πλουσιότερος σε αυτό το συστατικό, η προσθήκη του οποίου στο σύστημα αυξάνει τη συνολική τάση ατμών, δηλ. μειώνει το σημείο βρασμού ενός μείγματος σε μια δεδομένη πίεση.

Ο πρώτος νόμος του Konovalov είναι η θεωρητική βάση για τον διαχωρισμό των υγρών διαλυμάτων στα αρχικά συστατικά τους με κλασματική απόσταξη. Για παράδειγμα, ένα σύστημα που χαρακτηρίζεται από το σημείο Κ αποτελείται από δύο φάσεις ισορροπίας, η σύσταση των οποίων καθορίζεται από τα σημεία α και β: το σημείο α χαρακτηρίζει τη σύνθεση του κορεσμένου ατμού, το σημείο β χαρακτηρίζει τη σύνθεση του διαλύματος.

Χρησιμοποιώντας το γράφημα, είναι δυνατή η σύγκριση των συνθέσεων των φάσεων ατμού και υγρών για οποιοδήποτε σημείο που περιέχεται στο επίπεδο μεταξύ των καμπυλών.

Πραγματικές λύσεις. Ο νόμος του Raoult δεν ισχύει για πραγματικές λύσεις. Υπάρχουν δύο τύποι απόκλισης από το νόμο του Raoult:

η μερική πίεση των διαλυμάτων είναι μεγαλύτερη από την πίεση ή την πτητικότητα των ατμών των ιδανικών διαλυμάτων. Η συνολική τάση ατμών είναι μεγαλύτερη από την προσθετική τιμή. Τέτοιες αποκλίσεις ονομάζονται θετικές, για παράδειγμα, για μείγματα (Εικ. 8.5 α, β) CH 3 COCH 3 -C 2 H 5 OH, CH 3 COCH 3 -CS 2, C 6 H 6 - CH 3 COCH 3, H 2 O- CH 3 OH, C 2 H 5 OH- CH 3 OCH 3, CCl 4 - C 6 H 6, κ.λπ.

σι

Ρύζι. 8.5. Εξάρτηση της ολικής και μερικής πίεσης ατμού από τη σύνθεση:

α – για μείγματα με θετική απόκλιση από το νόμο του Raoult.

β – για μείγματα με αρνητική απόκλιση από το νόμο του Raoult.

Η μερική πίεση των διαλυμάτων είναι μικρότερη από την τάση ατμών των ιδανικών διαλυμάτων. Η συνολική τάση ατμών είναι μικρότερη από την προσθετική τιμή. Τέτοιες αποκλίσεις ονομάζονται αρνητικές. Για παράδειγμα, για ένα μείγμα: H2O-HNO3; H2O-HCl; CHCl3-(CH3)2CO; CHCl 3 -C 6 H 6 κ.λπ.

Θετικές αποκλίσεις παρατηρούνται σε διαλύματα στα οποία ανόμοια μόρια αλληλεπιδρούν με λιγότερη δύναμη από τα ομοιογενή.

Αυτό διευκολύνει τη μετάβαση των μορίων από τη φάση του διαλύματος στην αέρια φάση. Διαλύματα με θετική απόκλιση σχηματίζονται με την απορρόφηση θερμότητας, δηλ. η θερμότητα της ανάμειξης των καθαρών συστατικών θα είναι θετική, θα σημειωθεί αύξηση του όγκου και μια μείωση της συσχέτισης.

Αρνητικές αποκλίσεις από το νόμο του Raoult συμβαίνουν σε διαλύματα στα οποία υπάρχει αύξηση της αλληλεπίδρασης ανόμοιων μορίων, η διαλυτοποίηση, ο σχηματισμός δεσμών υδρογόνου και ο σχηματισμός χημικών ενώσεων. Αυτό καθιστά δύσκολο για τα μόρια να περάσουν από το διάλυμα στην αέρια φάση.

Ο απλούστερος εκπρόσωπος των κετονών. Άχρωμο, εξαιρετικά ευκίνητο, πτητικό υγρό με έντονη, χαρακτηριστική οσμή. Είναι πλήρως αναμίξιμο με το νερό και τους περισσότερους οργανικούς διαλύτες. Η ακετόνη διαλύει καλά πολλές οργανικές ουσίες (οξική κυτταρίνη και νιτροκυτταρίνη, λίπη, κερί, καουτσούκ κ.λπ.), καθώς και μια σειρά από άλατα (χλωριούχο ασβέστιο, ιωδιούχο κάλιο). Είναι ένας από τους μεταβολίτες που παράγονται από το ανθρώπινο σώμα.

Εφαρμογή ακετόνης:

Στη σύνθεση πολυανθρακικών, πολυουρεθανών και εποξειδικών ρητινών.

Στην παραγωγή βερνικιών?

Στην παραγωγή εκρηκτικών.

Στην παραγωγή φαρμάκων.

Στη σύνθεση της κόλλας μεμβράνης ως διαλύτης για την οξική κυτταρίνη.

Εξάρτημα για τον καθαρισμό επιφανειών σε διάφορες παραγωγικές διαδικασίες.

Χρησιμοποιείται ευρέως για την αποθήκευση ακετυλενίου, το οποίο δεν μπορεί να αποθηκευτεί υπό πίεση στην καθαρή του μορφή λόγω του κινδύνου έκρηξης (για αυτό χρησιμοποιούνται δοχεία με πορώδες υλικό εμποτισμένο σε ακετόνη. 1 λίτρο ακετόνης διαλύει έως και 250 λίτρα ακετυλίνης) .

Κίνδυνος για τον άνθρωπο:

Κίνδυνος από εφάπαξ έκθεση σε υψηλές συγκεντρώσεις ακετόνης Ο ατμός ερεθίζει τα μάτια και την αναπνευστική οδό. Η ουσία μπορεί να έχει επιπτώσεις στο κεντρικό νευρικό σύστημα, στο συκώτι, στα νεφρά και στο γαστρεντερικό σύστημα. Η ουσία μπορεί να απορροφηθεί στο σώμα με εισπνοή και μέσω του δέρματος. Η παρατεταμένη επαφή με το δέρμα μπορεί να προκαλέσει δερματίτιδα. Η ουσία μπορεί να έχει επιπτώσεις στο αίμα και στο μυελό των οστών. Λόγω της υψηλής τοξικότητας στην Ευρώπη, η μεθυλαιθυλοκετόνη χρησιμοποιείται συχνότερα αντί της ακετόνης.

Κίνδυνος πυρκαγιάς:

Πολύ εύφλεκτο. Η ακετόνη ανήκει στην κατηγορία 3.1 εύφλεκτο υγρό με σημείο ανάφλεξης μικρότερο από +23 βαθμούς C. Αποφύγετε ανοιχτές φλόγες, σπινθήρες και κάπνισμα. Ένα μείγμα ατμού ακετόνης και αέρα είναι εκρηκτικό. Η επικίνδυνη ατμοσφαιρική ρύπανση θα επιτευχθεί αρκετά γρήγορα όταν αυτή η ουσία εξατμιστεί στους 20°C. Κατά τον ψεκασμό - ακόμα πιο γρήγορα. Ο ατμός είναι βαρύτερος από τον αέρα και μπορεί να ταξιδέψει κατά μήκος του εδάφους. Η ουσία μπορεί να σχηματίσει εκρηκτικά υπεροξείδια σε επαφή με ισχυρούς οξειδωτικούς παράγοντες όπως οξικό οξύ, νιτρικό οξύ, υπεροξείδιο του υδρογόνου. Αντιδρά με χλωροφόρμιο και βρωμοφόρμιο υπό κανονικές συνθήκες, προκαλώντας κίνδυνο πυρκαγιάς και έκρηξης. Η ακετόνη είναι επιθετική προς ορισμένους τύπους πλαστικών.

Ονομα συστατικό	Συντελεστές της εξίσωσης του Antoine
Βουτανόλη-1
Οξεικό βινύλιο
Οξεικός μεθυλεστέρας
Μορφολίνη
Φορμικό οξύ
Οξικό οξύ
Πυρρολιδίνη
Βενζυλική αλκοόλη
Αιθανοθειόλη
Χλωροβενζόλιο
Τριχλωροαιθυλένιο *
Χλωροφόρμιο
Βορικός τριμεθυλεστέρας *
Μεθυλαιθυλοκετόνη
Αιθυλενογλυκόλη
Οξεικός αιθυλεστέρας
2-Μεθυλ-2-προπανόλη
Διμεθυλοφορμαμίδιο

Σημειώσεις: 1)

* δεδομένα.

Κύρια λογοτεχνία

Serafimov L.A., Frolkova A.K. Η θεμελιώδης αρχή της ανακατανομής των πεδίων συγκέντρωσης μεταξύ των περιοχών διαχωρισμού ως βάση για τη δημιουργία τεχνολογικών συμπλεγμάτων. Θεωρ. βασικά της χημείας Tekhnol., 1997–Τ. 31, Νο. 2. σελ.184–192.

Timofeev V.S., Serafimov L.A. Αρχές τεχνολογίας για βασική οργανική και πετροχημική σύνθεση - M.: Khimiya, 1992. 432 σελ.

Kogan V.B. Azeotropic and extractive rectification – L.: Khimiya, 1971. 432 p.

Sventoslavsky V.V. Αζεοτροπία και πολυαζεοτροπία. – Μ.: Χημεία, 1968. –244 σελ.

Serafimov L.A., Frolkova A.K. Γενικές αρχές και ταξινόμηση δυαδικών υγρών διαλυμάτων ως προς την περίσσεια θερμοδυναμικών συναρτήσεων. Μεθοδικές οδηγίες. – M.: JSC Rosvuznauka, 1992. 40 σελ.

Wales S. Ισορροπίες φάσης στη χημική τεχνολογία. Τ.1. – Μ.: Μιρ, 1989. 304 σελ.

Θερμοδυναμική της ισορροπίας υγρού-ατμού / Επιμέλεια A.G. Morachevsky.  Λ.: Χημεία, 1989. 344 σελ.

Ogorodnikov S.K., Lesteva T.M., Kogan V.B. Αζεοτροπικά μείγματα. Κατάλογος.Λ.: Chemistry, 1971.848 p.

Kogan V.B., Fridman V.M., Kafarov V.V. Ισορροπία μεταξύ υγρού και ατμού. Εγχειρίδιο αναφοράς, σε 2 τόμους. M.-L.: Nauka, 1966.

Lyudmirskaya G.S., Barsukova T.V., Bogomolny A.M. Υγρό - ατμός ισορροπίας. Ευρετήριο. Λ.: Χημεία, 1987. 336 σελ.

Reed R., Prausnitz J., Sherwood T. Properties of gases and liquids.Leningrad: Khimiya, 1982. 592 p.

Belousov V.P., Morachevsky A.G. Θερμότητα ανάμιξης υγρών. Κατάλογος. Λ.: Chemistry, 1970 256 p.

Belousov V.P., Morachevsky A.G., Panov M.Yu. Θερμικές ιδιότητες διαλυμάτων μη ηλεκτρολυτών. Ευρετήριο. - Λ.: Χημεία, 1981. 264 σελ.

Η εξάτμιση είναι η μετάβαση ενός υγρού σε ατμό από μια ελεύθερη επιφάνεια σε θερμοκρασίες κάτω από το σημείο βρασμού του υγρού. Η εξάτμιση συμβαίνει ως αποτέλεσμα της θερμικής κίνησης των μορίων του υγρού. Η ταχύτητα κίνησης των μορίων κυμαίνεται σε μεγάλο εύρος, αποκλίνοντας πολύ και προς τις δύο κατευθύνσεις από τη μέση τιμή της. Ορισμένα μόρια που έχουν αρκετά υψηλή κινητική ενέργεια διαφεύγουν από το επιφανειακό στρώμα του υγρού στο αέριο (αέρας) μέσο. Η υπερβολική ενέργεια των μορίων που χάνεται από το υγρό δαπανάται για την υπέρβαση των δυνάμεων αλληλεπίδρασης μεταξύ των μορίων και το έργο της διαστολής (αύξηση όγκου) όταν το υγρό μετατρέπεται σε ατμό.

Η εξάτμιση είναι μια ενδόθερμη διαδικασία. Εάν δεν παρέχεται θερμότητα στο υγρό από το εξωτερικό, αυτό ψύχεται ως αποτέλεσμα της εξάτμισης. Ο ρυθμός εξάτμισης καθορίζεται από την ποσότητα ατμού που σχηματίζεται ανά μονάδα χρόνου ανά μονάδα επιφάνειας του υγρού. Αυτό πρέπει να λαμβάνεται υπόψη σε βιομηχανίες που περιλαμβάνουν τη χρήση, την παραγωγή ή την επεξεργασία εύφλεκτων υγρών. Η αύξηση του ρυθμού εξάτμισης με την αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί στον ταχύτερο σχηματισμό εκρηκτικών συγκεντρώσεων ατμών. Ο μέγιστος ρυθμός εξάτμισης παρατηρείται κατά την εξάτμιση σε κενό και σε απεριόριστο όγκο. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί ως εξής. Ο παρατηρούμενος ρυθμός της διαδικασίας εξάτμισης είναι ο συνολικός ρυθμός της διαδικασίας μετάβασης των μορίων από την υγρή φάση V 1 και ταχύτητα συμπύκνωσης V 2 . Η συνολική διαδικασία ισούται με τη διαφορά μεταξύ αυτών των δύο ταχυτήτων: . Σε σταθερή θερμοκρασία V 1 δεν αλλάζει, αλλά V 2ανάλογη με τη συγκέντρωση ατμών. Κατά την εξάτμιση σε κενό στο όριο V 2 = 0 , δηλ. η συνολική ταχύτητα της διαδικασίας είναι μέγιστη.

Όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση ατμών, τόσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός συμπύκνωσης, επομένως, τόσο χαμηλότερος είναι ο συνολικός ρυθμός εξάτμισης. Στη διεπιφάνεια μεταξύ του υγρού και του κορεσμένου ατμού του, ο ρυθμός εξάτμισης (συνολικός) είναι κοντά στο μηδέν. Ένα υγρό σε ένα κλειστό δοχείο εξατμίζεται και σχηματίζει κορεσμένο ατμό. Ο ατμός που βρίσκεται σε δυναμική ισορροπία με το υγρό ονομάζεται κορεσμένος. Η δυναμική ισορροπία σε μια δεδομένη θερμοκρασία συμβαίνει όταν ο αριθμός των μορίων του υγρού που εξατμίζονται είναι ίσος με τον αριθμό των μορίων συμπύκνωσης. Ο κορεσμένος ατμός, αφήνοντας ένα ανοιχτό δοχείο στον αέρα, αραιώνεται από αυτόν και γίνεται ακόρεστος. Επομένως, στον αέρα

Σε δωμάτια όπου βρίσκονται δοχεία με ζεστά υγρά, υπάρχουν ακόρεστοι ατμοί αυτών των υγρών.

Κορεσμένοι και ακόρεστοι ατμοί ασκούν πίεση στα τοιχώματα των αιμοφόρων αγγείων. Κορεσμένη τάση ατμών είναι η πίεση του ατμού σε ισορροπία με ένα υγρό σε μια δεδομένη θερμοκρασία. Η πίεση του κορεσμένου ατμού είναι πάντα υψηλότερη από αυτή του ακόρεστου ατμού. Δεν εξαρτάται από την ποσότητα του υγρού, το μέγεθος της επιφάνειάς του ή το σχήμα του δοχείου, αλλά εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία και τη φύση του υγρού. Με την αύξηση της θερμοκρασίας, η πίεση κορεσμένων ατμών ενός υγρού αυξάνεται. στο σημείο βρασμού, η τάση ατμών είναι ίση με την ατμοσφαιρική πίεση. Για κάθε τιμή θερμοκρασίας, η πίεση κορεσμένων ατμών ενός μεμονωμένου (καθαρού) υγρού είναι σταθερή. Η πίεση κορεσμένων ατμών μιγμάτων υγρών (λαδιού, βενζίνης, κηροζίνης κ.λπ.) στην ίδια θερμοκρασία εξαρτάται από τη σύνθεση του μείγματος. Αυξάνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε προϊόντα χαμηλού βρασμού στο υγρό.

Για τα περισσότερα υγρά, η πίεση κορεσμένων ατμών σε διάφορες θερμοκρασίες είναι γνωστή. Οι τιμές της πίεσης κορεσμένων ατμών ορισμένων υγρών σε διάφορες θερμοκρασίες δίνονται στον πίνακα. 5.1.

Πίνακας 5.1

Κορεσμένη τάση ατμών ουσιών σε διαφορετικές θερμοκρασίες

Ουσία	Πίεση κορεσμένων ατμών, Pa, σε θερμοκρασία, Κ
Οξεικός βουτυλεστέρας Αεροπορική βενζίνη του Μπακού Μεθυλική αλκοόλη Δισουλφίδιο του άνθρακα Νέφτι Αιθανόλη Αιθυλαιθέρας Οξεικός αιθυλεστέρας

Βρέθηκε από τον πίνακα.

5.1 Η πίεση κορεσμένων ατμών ενός υγρού είναι αναπόσπαστο μέρος της συνολικής πίεσης του μείγματος ατμού-αέρα.

Ας υποθέσουμε ότι το μείγμα ατμού με αέρα που σχηματίζεται πάνω από την επιφάνεια του δισουλφιδίου του άνθρακα σε ένα δοχείο στους 263 K έχει πίεση 101080 Pa. Τότε η πίεση κορεσμένων ατμών του δισουλφιδίου του άνθρακα σε αυτή τη θερμοκρασία είναι 10773 Pa. Επομένως, ο αέρας σε αυτό το μείγμα έχει πίεση 101080 – 10773 = 90307 Pa. Με την αύξηση της θερμοκρασίας του δισουλφιδίου του άνθρακα

Η πίεση κορεσμένων ατμών του αυξάνεται, η πίεση του αέρα μειώνεται. Η συνολική πίεση παραμένει σταθερή.

Το μέρος της συνολικής πίεσης που αποδίδεται σε ένα δεδομένο αέριο ή ατμό ονομάζεται μερικό. Σε αυτή την περίπτωση, η τάση ατμών του δισουλφιδίου του άνθρακα (10773 Pa) μπορεί να ονομαστεί μερική πίεση. Έτσι, η συνολική πίεση του μείγματος ατμού-αέρα είναι το άθροισμα των μερικών πιέσεων του δισουλφιδίου του άνθρακα, του οξυγόνου και των ατμών αζώτου: P ατμός + + = P σύνολο. Δεδομένου ότι η πίεση των κορεσμένων ατμών είναι μέρος της συνολικής πίεσης του μείγματος τους με τον αέρα, καθίσταται δυνατός ο προσδιορισμός των συγκεντρώσεων των υγρών ατμών στον αέρα από τη γνωστή συνολική πίεση του μείγματος και την τάση ατμών.

Η τάση ατμών των υγρών καθορίζεται από τον αριθμό των μορίων που χτυπούν στα τοιχώματα του δοχείου ή τη συγκέντρωση ατμού πάνω από την επιφάνεια του υγρού. Όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση του κορεσμένου ατμού, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η πίεσή του. Η σχέση μεταξύ της συγκέντρωσης του κορεσμένου ατμού και της μερικής πίεσης του μπορεί να βρεθεί ως εξής.

Ας υποθέσουμε ότι θα ήταν δυνατός ο διαχωρισμός του ατμού από τον αέρα και η πίεση και στα δύο μέρη θα παρέμενε ίση με τη συνολική πίεση Ptot. Τότε οι όγκοι που καταλαμβάνονταν από τον ατμό και τον αέρα θα μειωνόταν αντίστοιχα. Σύμφωνα με το νόμο Boyle-Mariotte, το γινόμενο της πίεσης του αερίου και του όγκου του σε σταθερή θερμοκρασία είναι μια σταθερή τιμή, δηλ. για την υποθετική μας περίπτωση παίρνουμε:

.

Η πίεση κορεσμένων ατμών ενός υγρού αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας (Εικ. 8.2) και μόλις γίνει ίση με την ατμοσφαιρική πίεση, το υγρό βράζει. Από το Σχ. 8.2 φαίνεται ότι η πίεση των κορεσμένων ατμών αυξάνεται φυσικά με την αύξηση της θερμοκρασίας. Στην ίδια εξωτερική πίεση, τα υγρά βράζουν σε διαφορετικές θερμοκρασίες, αφού έχουν διαφορετικές πιέσεις κορεσμένων ατμών.

ακετόνη αιθανόλη νερό

Θερμοκρασία, оС

Ρύζι. 8.2 Εξάρτηση της πίεσης κορεσμένων ατμών (P×10-5 Pa.) ενός υγρού από τη θερμοκρασία (ακετόνη, αιθυλική αλκοόλη, νερό, αντίστοιχα).

Εάν αλλάξετε την εξωτερική πίεση, το σημείο βρασμού του υγρού θα αλλάξει. Με αύξηση της εξωτερικής πίεσης, το σημείο βρασμού αυξάνεται και με μείωση (κενό) μειώνεται. Σε μια συγκεκριμένη εξωτερική πίεση, ένα υγρό μπορεί να βράσει σε θερμοκρασία δωματίου.

Η εξάρτηση της πίεσης κορεσμένων ατμών από τη θερμοκρασία εκφράζεται από την εξίσωση Clausius-Clapeyron

, (8.1)

πού είναι η μοριακή ενθαλπία της εξάτμισης, ; - μοριακή μεταβολή όγκου κατά τη διαδικασία εξάτμισης, ίση με .

Όταν ένα υγρό εξατμίζεται, ο όγκος της φάσης ατμού αλλάζει απότομα σε σύγκριση με την υγρή φάση. Έτσι, όταν 1 νερό εξατμίζεται στους 25 ° C και πίεση 760 mm Hg. Τέχνη. Σχηματίζονται 1244 ζεύγη, δηλ. ο όγκος αυξήθηκε 1244 φορές. Επομένως, στην εξίσωση ο όγκος του υγρού μπορεί να αγνοηθεί: .

. (8.2)

Λαμβάνοντας υπόψη την εξίσωση Mendeleev–Clapeyron και στη συνέχεια

. (8.3)

Η ολοκλήρωση της εξίσωσης (8.3) οδηγεί στον τύπο

. (8.4)

Αυτή η φόρμουλα φέρει το όνομα δύο επιστημόνων - του Clausius και του Clapeyron, οι οποίοι την άντλησαν από διαφορετικά σημεία εκκίνησης.

Ο τύπος Clausius–Clapeyron ισχύει για όλες τις μεταβάσεις φάσης, συμπεριλαμβανομένης της τήξης, της εξάτμισης και της διάλυσης μιας ουσίας.

Η θερμότητα της εξάτμισης ενός υγρού είναι η ποσότητα θερμότητας που απορροφάται από ένα υγρό κατά την ισοθερμική εξάτμιση. Γίνεται διάκριση μεταξύ της μοριακής θερμότητας της εξάτμισης και της ειδικής θερμότητας της εξάτμισης (σχετικά με 1 g υγρού). Όσο υψηλότερη είναι η θερμότητα της εξάτμισης, το υγρό, καθώς τα άλλα πράγματα είναι ίσα, εξατμίζεται πιο αργά, αφού τα μόρια πρέπει να υπερνικήσουν μεγαλύτερες δυνάμεις διαμοριακής αλληλεπίδρασης.

Η σύγκριση των θερμοτήτων εξάτμισης μπορεί να είναι απλούστερη εάν θεωρηθούν σε σταθερή θερμοκρασία.

Για να προσδιοριστεί αυτό, χρησιμοποιείται ευρέως ο κανόνας του Trouton: η μοριακή θερμότητα της εξάτμισης σε ατμοσφαιρική πίεση (P = const) διαφόρων υγρών είναι ευθέως ανάλογη με το σημείο βρασμού τους Tbp

ή

Ο συντελεστής αναλογικότητας ονομάζεται συντελεστής Trouton και για τα περισσότερα κανονικά (μη συσχετισμένα) υγρά είναι 88,2 - 92,4 .

Η θερμότητα της εξάτμισης ενός δεδομένου υγρού εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Όσο αυξάνεται η θερμοκρασία, μειώνεται και στην κρίσιμη θερμοκρασία γίνεται ίση με το μηδέν.

Στους υπολογισμούς μηχανικής, χρησιμοποιείται η εμπειρική εξίσωση Antoine

, (8.5)

όπου Α, Β είναι σταθερές που χαρακτηρίζουν την ουσία.

Οι διαπιστωμένες εξαρτήσεις της πίεσης κορεσμένων ατμών από τη θερμοκρασία χρησιμοποιούνται στους υπολογισμούς της πυροσβεστικής για τον υπολογισμό της συγκέντρωσης ατμών (; %), των ορίων θερμοκρασίας διάδοσης της φλόγας

.

Σε συνθήκες πυρκαγιάς, τα υγρά εξατμίζονται στον περιβάλλοντα χώρο. Ο ρυθμός εξάτμισης του υγρού καθορίζει το ρυθμό εξάντλησής του. Σε αυτή την περίπτωση, ο ρυθμός εξάτμισης επηρεάζεται καθοριστικά από την ποσότητα θερμότητας που προέρχεται από τη ζώνη καύσης.

Ο ρυθμός εξάντλησης των υγρών δεν είναι σταθερός. Εξαρτάται από την αρχική θερμοκρασία του υγρού, τη διάμετρο της δεξαμενής, το επίπεδο του υγρού σε αυτό, την ταχύτητα του ανέμου κ.λπ.

Πίεση κορεσμένων ατμών σε διαλύματα άπειρα αναμίξιμων υγρών

Στην πράξη, πολυάριθμα διαλύματα χρησιμοποιούνται ευρέως, που αποτελούνται από δύο ή περισσότερα υγρά που είναι άμεσα διαλυτά μεταξύ τους. Τα πιο απλά είναι μείγματα (διαλύματα) που αποτελούνται από δύο υγρά - δυαδικά μείγματα. Τα σχέδια που βρέθηκαν για τέτοια μείγματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για πιο σύνθετα. Τέτοια δυαδικά μείγματα περιλαμβάνουν: βενζόλιο-τολουόλιο, αλκοόλη-αιθέρας, ακετόνη-νερό, αλκοόλη-νερό κ.λπ. Στην περίπτωση αυτή, και τα δύο συστατικά περιέχονται στη φάση ατμού. Η πίεση κορεσμένων ατμών του μείγματος θα είναι το άθροισμα των μερικών πιέσεων των συστατικών. Δεδομένου ότι η μετάβαση ενός διαλύτη από ένα μείγμα σε μια κατάσταση ατμού, που εκφράζεται από τη μερική του πίεση, είναι πιο σημαντική, όσο υψηλότερη είναι η περιεκτικότητα των μορίων του στο διάλυμα, ο Raoult διαπίστωσε ότι «η μερική πίεση του κορεσμένου ατμού του διαλύτη παραπάνω το διάλυμα είναι ίσο με το γινόμενο της πίεσης κορεσμένων ατμών πάνω από τον καθαρό διαλύτη στην ίδια θερμοκρασία από το μοριακό του κλάσμα στο διάλυμα":

, (8.6)

πού είναι η πίεση κορεσμένων ατμών του διαλύτη πάνω από το μείγμα; - πίεση κορεσμένων ατμών πάνω από καθαρό διαλύτη. Ν είναι το μοριακό κλάσμα του διαλύτη στο μείγμα.

Η εξίσωση (8.6) είναι μια μαθηματική έκφραση του νόμου του Raoult. Η ίδια έκφραση χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη συμπεριφορά της πτητικής ουσίας (το δεύτερο συστατικό του δυαδικού συστήματος).