Ciśnienie częściowe i ciśnienie pary
Ciśnienie cząstkowe i prężność pary są powszechnie używanymi terminami naukowymi odnoszącymi się do wielkości nacisku wywieranego przez elementy systemu, ale ich tożsamość może być myląca dla innych. Istnieje wyraźne rozróżnienie między tymi terminami, w tym ich skutkami i tożsamością. W tym artykule omówimy więcej różnic między tymi terminami. Będzie również zawierał przykłady do demistyfikacji ich zastosowań.
Zacznijmy od podkreślenia pojęcia ciśnienia, zanim będziemy mogli zagłębić się w rozróżnienie między parą a ciśnieniem cząstkowym. Ciśnienie jest zdefiniowane naukowo jako siła przyłożona na jednostkę powierzchni obiektu lub substancji. Można go również zdefiniować jako siłę wywieraną przez zderzające się cząstki na siebie i często mierzy się ją za pomocą Pascala. W przypadku zderzenia cząstek stosuje się równanie gazowe i kinetyczną teorię gazów do obliczenia ciśnienia.
Czym jest prężność pary?
Prężność par może mieć zastosowanie do faz ciekłych lub stałych. Jest to ciśnienie wywierane przez parę w jej równowadze termodynamicznej na jej stan ciekły lub stały w danej temperaturze w układzie zamkniętym, gdy stykają się zarówno para jak i ciecz (ciało stałe). To ciśnienie powstaje w wyniku parowania, które jest możliwe dzięki zwiększonemu ogrzewaniu ciała stałego lub cieczy. Tak więc temperatura jest używana jako miara parowania i jest wprost proporcjonalna do ciśnienia pary. Oznacza to, że im wyższa temperatura, tym wyższe ciśnienie pary.
Podczas parowania cząsteczki powietrza uciekają w wyniku zwiększonej energii kinetycznej do powietrza w zamkniętym systemie. Następnie w stanie równowagi ciśnienie pary powstaje między parą a jej skondensowaną formą cieczy (ciała stałego). W roztworach, w których siły międzycząsteczkowe są słabsze, prężność pary jest większa, i odwrotnie, w roztworach, w których siły międzycząsteczkowe są silniejsze, ciśnienie pary jest mniejsze.
Ciśnienie pary może również występować w idealnych mieszaninach, jak wyjaśniono w Prawie Raoulta. Stwierdza on, że cząstkowe ciśnienie pary danego składnika w ciekłej lub stałej mieszaninie jest równe prężności pary tego składnika pomnożonej przez jego udział molowy w tej mieszaninie w danej temperaturze. Poniższy przykład pokaże to.
Przykład 1.
Biorąc pod uwagę idealną mieszaninę 0,5 mola. etanol i 1,5 mol. metanol o prężności par odpowiednio 30KPa i 52KPa, określają cząstkową prężność pary każdego składnika.
Rozwiązanie:
Całkowita liczba moli wynosi 1,5 mola + 0,5 mola = 2,0 mola. Zgodnie z prawem Raoulta cząstkowe ciśnienie pary jest równe ciśnieniu pary pomnożonemu przez ułamek molowy tego konkretnego składnika. W takim przypadku Pmetanol = 1,5 / 2 * 52 = 39KPa i Petanol = 0,5 / 2 * 30 = 7,5KPa.
Kiedy masz cząstkowe ciśnienie pary składników w mieszance, możesz uzyskać całkowitą prężność pary przez dodanie ich razem. W związku z tym, 7,5 + 39 daje całkowite pręŜność pary w wysokości 46,5 kPa w mieszaninie roztworów etanolu i metanolu.
Czynniki wpływające na prężność par
Identyfikacja cząsteczek
Jak już wspomniano powyżej, rodzaje sił molekularnych określają wielkość ciśnienia pary, która ma być wywierana. Jeśli siły są silniejsze, wówczas pojawia się mniej prężności pary, a jeśli jest słabsza, wtedy powstaje więcej prężności par. Dlatego skład cieczy lub ciała stałego wpłynie na ciśnienie pary.
Temperatura
Wyższa temperatura prowadzi do wyższego ciśnienia pary, ponieważ aktywuje więcej energii kinetycznej, aby rozerwać siły cząsteczkowe, tak aby cząsteczki mogły szybko uciec z powierzchni cieczy. Kiedy prężność par (nasycona prężność pary) jest równa ciśnieniu zewnętrznemu (ciśnienie atmosferyczne), ciecz zacznie wrzeć. Niższa temperatura spowoduje niskie ciśnienie pary i upłynie trochę czasu, zanim ciecz zagotuje się.
Prawo Niedźwiecznych Daltonów
Czym jest ciśnienie cząstkowe?
Idea częściowej presji została po raz pierwszy zaproponowana przez znanego naukowca Johna Daltona. Narodziło się jego prawo częściowych ciśnień, które stwierdza, że całkowite ciśnienie wywierane przez idealną mieszaninę gazów jest równe sumie ciśnień cząstkowych poszczególnych gazów. Powiedzmy, że konkretny pojemnik jest wypełniony wodorem, azotem i tlenem, całkowite ciśnienie, PCAŁKOWITY, będzie równa sumie tlenu, azotu i wodoru. Ciśnienie cząstkowe dowolnego gazu w tej mieszaninie oblicza się, mnożąc całkowite ciśnienie przez ułamek molowy pojedynczego gazu.
W skrócie, ciśnienie cząstkowe jest ciśnieniem wywieranym przez konkretny gaz w mieszaninie, tak jakby działał sam w układzie. W ten sposób ignorujesz inne gazy przy ustalaniu ciśnienia cząstkowego pojedynczego gazu. Teorię tę można zweryfikować przez wstrzyknięcie, powiedzmy, 0,6 atm O.2 w 10,0 litrowym pojemniku w 230K, a następnie wstrzyknąć 0,4 atm N2 w identycznym pojemniku o tym samym rozmiarze w tej samej temperaturze, a następnie ostatecznie połączyć gazy, aby zmierzyć całkowite ciśnienie; będzie to suma dwóch gazów. To wyraźnie wyjaśnia ciśnienie cząstkowe pojedynczego gazu w mieszaninie niereaktywnych gazów.
Obliczanie ciśnienia cząstkowego
Obliczyć ciśnienie cząstkowe jest bezwzględnym wiatrem, ponieważ prawo Daltona [1] przewiduje odpowiednie przepisy. Będzie to zależeć od typowych dostarczonych informacji.Jeżeli na przykład całkowite ciśnienie podano dla mieszaniny gazu A i B, a także ciśnienie gazu A, ciśnienie cząstkowe B można obliczyć za pomocą PCAŁKOWITY = PZA + Pb. Reszta to manipulacje algebraiczne. Ale w przypadku, gdy podano tylko całkowite ciśnienie mieszaniny, można użyć molowej frakcji gazu B, aby określić ciśnienie cząstkowe. Frakcję molową, oznaczoną jako X, można znaleźć dzieląc mole gazu B przez całkowitą liczbę moli mieszaniny gazowej. Następnie, aby znaleźć ciśnienie cząstkowe, pomnożysz ułamek molowy, X, przez całkowite ciśnienie. Poniższy przykład wyjaśnia to.
Przykład 2.
Mieszaninę azotu i tlenu, odpowiednio 2,5 mola i 1,85 mola, wstrzykuje się w pojemniku o pojemności 20,0 litrów pod całkowitym ciśnieniem 4 atm; obliczyć ciśnienie cząstkowe wywierane przez gazowy tlen.
Rozwiązanie:
Całkowita liczba moli w mieszaninie wynosi 2,5 + 1,85 = 4,35 moli. Więc ułamek molowy tlenu, Xo, będzie 1,85 mola / 4,35 mola = 0,425 mola. Ciśnienie cząstkowe tlenu będzie wynosić 0,425 * 4 atm = 1,7 atm. Ciśnienie cząstkowe pozostałego gazu można obliczyć za pomocą tego samego podejścia lub można obliczyć za pomocą gazu tlenowego i całkowitego ciśnienia, jak zostało to określone w prawie cząstkowym Daltona, że całkowite ciśnienie gazów niereaktywnych jest równe sumie ciśnienia cząstkowe.
Różnica pomiędzy parą a ciśnieniem cząstkowym
Z powyższych wyjaśnień wynika, że ciśnienie pary i ciśnienie cząstkowe są dwoma odrębnymi ciśnieniami. Prężność par obowiązuje w fazie ciekłej i stałej, podczas gdy ciśnienie cząstkowe odnosi się do fazy gazowej. Prężność par wywierana jest w fazie przejściowej po dodaniu wystarczającej ilości ciepła do roztworu, co prowadzi do ucieczki cząsteczek w układzie zamkniętym.
Główną różnicą pomiędzy ciśnieniem cząstkowym i prężnością pary jest to, że ciśnienie cząstkowe jest ciśnieniem wywieranym przez pojedynczy gaz w mieszaninie, tak jakby było samo w tym systemie, podczas gdy ciśnienie pary odnosi się do ciśnienia wywieranego przez parę w jej równowadze termodynamicznej z jego skondensowany stan ciekły lub stały. Poniższa tabela zawiera zwięzłe porównanie tych ciśnień.
| Ciśnienie pary | Ciśnienie cząstkowe |
| Jest wywierany przez ciekłą lub stałą parę na swojej skondensowanej fazie w równowadze | Wywierają go pojedyncze gazy w niereaktywnej mieszaninie gazów |
| Dobrze wyjaśnione przez prawo Raoulta | Dobrze wyjaśnione przez prawo Daltona |
| Ma zastosowanie w fazie stałej i ciekłej | Dotyczy tylko faz gazowych |
| Niezależnie od powierzchni lub objętości systemu | Obliczono za pomocą gazów w tej samej objętości |
| Obliczono za pomocą ułamka molowego substancji rozpuszczonej | Obliczono za pomocą ułamka molowego gazu |
Zakończyć!
Prężność pary i ciśnienie cząstkowe są dwoma ważnymi terminami naukowymi używanymi do określania skutków sił przyłożonych odpowiednio przez pary i gazy w danym systemie zamkniętym w określonych temperaturach. Ich główną różnicą jest obszar zastosowania z prężnością pary nanoszoną na fazy ciekłą lub stałą, podczas gdy ciśnienie cząstkowe jest przykładane do pojedynczego gazu w mieszaninie gazów doskonałych w danej objętości.
Ciśnienie cząstkowe można łatwo obliczyć, postępując zgodnie z prawem częściowych ciśnień Daltona, podczas gdy ciśnienie pary oblicza się, stosując prawo Raoulta. W dowolnej mieszaninie każdy składnik gazowy wywiera swoje własne ciśnienie, które nazywa się ciśnieniem cząstkowym niezależnym od innych gazów. A kiedy podwoisz mole dowolnego składnika, a temperatura pozostanie stała, zwiększysz ciśnienie cząstkowe. Według relacji Clausiusa-Clapeyrona [2] ciśnienie pary wzrasta wraz ze wzrostem temperatury.
Dzięki powyższym informacjom powinieneś być w stanie odróżnić prężność par i ciśnienie cząstkowe. Powinieneś być również w stanie obliczyć je za pomocą ułamków molarnych i pomnożyć przez całkowite ciśnienie. Podaliśmy wam typowe przykłady do opracowania na temat zastosowania tych nacisków.
