Daļēja spiediena un tvaika spiediena atšķirība

Daļējs spiediens un tvaika spiediens ir parasti lietoti zinātniski termini, kas attiecas uz spiedienu, ko rada sistēmas komponenti, taču to identitāte var mulsināt citus. Šie termini ir skaidri nodalīti, ieskaitot to iedarbību un identitāti. Šajā rakstā būs sīkāk aprakstīta šo terminu atšķirības. Tajā būs arī daži piemēri, lai demistificētu to lietojumus.

Sāksim ar spiediena jēdziena izcelšanu, pirms varēsim izpētīt atšķirību starp tvaiku un daļējo spiedienu. Spiediens zinātniski tiek definēts kā spēks, kas uz objekta vai vielas tiek piemērots laukuma vienībai. To var definēt arī kā spēku, kuru sadursmes daļiņas pieliek viens otram, un to bieži mēra, izmantojot Pascal. Daļiņu sadursmes gadījumā spiediena aprēķināšanai izmanto gāzes vienādojumu un gāzu kinētisko teoriju.

Kas ir tvaika spiediens??

Tvaika spiedienu var piemērot šķidrā vai cietā fāzē. Tas ir spiediens, ko tvaiki termodinamiskajā līdzsvarā ietekmē šķidrā vai cietā stāvoklī noteiktā temperatūrā slēgtā sistēmā, kad gan tvaiki, gan šķidrums (ciets) ir saskarē. Šis spiediens rodas iztvaikošanas rezultātā, ko veicina paaugstināts cietās vielas vai šķidruma siltums. Tādējādi temperatūra tiek izmantota kā iztvaikošanas mērs, un tā ir tieši proporcionāla tvaika spiedienam. Tas nozīmē, ka, jo augstāka temperatūra, jo augstāks ir tvaika spiediens.

Iztvaikošanas laikā gaisa molekulas aizbēg augstākas kinētiskās enerģijas rezultātā gaisā slēgtā sistēmā. Tad, atrodoties līdzsvarā, tvaika spiediens rodas starp tvaiku un tā kondensēto šķidruma (cieto) formu. Risinājumos, kur starpmolekulārie spēki ir vājāki, tvaika spiedienam ir tendence būt lielākam, un, tieši otrādi, risinājumos, kur starpmolekulārie spēki ir spēcīgāki, tvaika spiediens ir mazāks.

Tvaika spiediens var rasties arī ideālos maisījumos, kā izskaidrots Raoult likumā. Tas nosaka, ka šķidrā vai cietā maisījumā esoša konkrēta komponenta daļējs tvaika spiediens ir vienāds ar šīs sastāvdaļas tvaika spiedienu, kas reizināts ar tā mola daļu šajā maisījumā noteiktā temperatūrā. Zemāk sniegtais piemērs to ilustrēs.

1. piemērs.

Ņemot ideālu maisījumu 0,5 mol. etanola un 1,5 mol. metanols ar attiecīgi 30KPa un 52KPa tvaika spiedienu nosaka katras sastāvdaļas daļēju tvaika spiedienu.

Risinājums:

Kopējais molu skaits ir 1,5 mol + 0,5 mol = 2,0 mol. Saskaņā ar Raoult likumu daļējs tvaika spiediens ir vienāds ar tvaika spiedienu, kas reizināts ar attiecīgā komponenta molāro daļu. Šajā gadījumā P_metanols = 1,5 / 2 * 52 = 39KPa un P_etanols = 0,5 / 2 * 30 = 7,5KPa.

Ja maisījumā ir daļējs sastāvdaļu tvaika spiediens, kopējo tvaika spiedienu var iegūt, tos saskaitot. Šajā sakarā 7,5 + 39 dod kopējo 46,5 KPa tvaika spiedienu etanola un metanola šķīdumu maisījumā.

Faktori, kas ietekmē tvaika spiedienu

Molekulu identitāte

Kā jau minēts iepriekš, molekulāro spēku veidi nosaka izdalāmā tvaika spiediena lielumu. Ja spēki ir stiprāki, tad rodas mazāks tvaika spiediens, un, ja vājāks, rodas lielāks tvaika spiediens. Tāpēc šķidruma vai cietās vielas sastāvs ietekmēs tvaika spiedienu.

Temperatūra

Augstāka temperatūra paaugstina tvaika spiedienu, jo tā aktivizē vairāk kinētiskās enerģijas, lai sašķeltu molekulāros spēkus, lai molekulas ātri izkļūtu no šķidruma virsmas. Kad tvaika spiediens (piesātināts tvaika spiediens) ir vienāds ar ārējo spiedienu (atmosfēras spiedienu), šķidrums sāks vārīties. Zemu temperatūru radīs zems tvaika spiediens, un būs nepieciešams laiks, lai šķidrums vārītos.

Daltona likums par daļēju spiedienu

Kas ir daļējs spiediens??

Daļēja spiediena ideju vispirms ierosināja slavenais zinātnieks Džons Daltons. Tas radīja viņa Daļēju spiedienu likumu, kurā noteikts, ka kopējais spiediens, ko rada ideāls gāzu maisījums, ir vienāds ar atsevišķu gāzu daļējo spiedienu summu. Saka, ka konkrētais konteiners ir piepildīts ar ūdeņraža, slāpekļa un skābekļa gāzēm, kopējais spiediens, P_KOPĀ, būs vienāds ar skābekļa, slāpekļa un ūdeņraža summu. Jebkuras gāzes daļējo spiedienu šajā maisījumā aprēķina, reizinot kopējo spiedienu ar atsevišķās gāzes molāro daļu.

Īsumā - daļējs spiediens ir spiediens, ko maisījumā rada īpaša gāze, it kā tas sistēmā darbotos viens pats. Tādējādi, nosakot atsevišķas gāzes daļēju spiedienu, jūs ignorējat citas gāzes. Šo teoriju var pārbaudīt, ievadot, teiksim, 0,6 atm O₂ 10,0 litru traukā pie 230K un pēc tam ievadot 0,4atm N₂ identiskā, tāda paša izmēra traukā, tajā pašā temperatūrā, un tad galu galā apvienojiet gāzes, lai izmērītu kopējo spiedienu; tā būs abu gāzu summa. Tas skaidri izskaidro atsevišķas gāzes daļēju spiedienu nereaģējošu gāzu maisījumā.

Parciālā spiediena aprēķināšana

Daļēja spiediena aprēķināšana ir absolūta brīze, jo Daltona likumi [1] to paredz. Tas būs atkarīgs no tipiskās sniegtās informācijas. Ja, piemēram, tiek norādīts kopējais spiediens gāzu A un B maisījumam, kā arī gāzes spiediens A, B daļējo spiedienu var aprēķināt, izmantojot P_KOPĀ = P_A + Lpp_B. Pārējais ir algebriskas manipulācijas. Bet gadījumā, ja ir norādīts tikai kopējais maisījuma spiediens, varat izmantot gāzes B molāro frakciju, lai noteiktu daļēju spiedienu. Molāro frakciju, kas apzīmēta ar X, var atrast, dalot gāzes molus B ar kopējo gāzes maisījuma moliem. Tad, lai atrastu daļēju spiedienu, molāro frakciju X reiziniet ar kopējo spiedienu. Tālāk sniegtais piemērs to izskaidro.

2. piemērs.

Slāpekļa un skābekļa maisījumu attiecīgi ar 2,5 un 1,85 moliem ievada 20,0 litru traukā ar kopējo spiedienu 4atm; aprēķina daļējo spiedienu, ko rada skābekļa gāze.

Risinājums:

Kopējais molu skaits maisījumā ir 2,5 + 1,85 = 4,35 moli. Tātad skābekļa molārā frakcija, X_o, būs 1,85 moli / 4,35 moli = 0,425 moli. Skābekļa parciālais spiediens būs 0,425 * 4atm = 1,7atm. Atlikušās gāzes daļēju spiedienu var aprēķināt, izmantojot to pašu pieeju, vai arī to var aprēķināt, izmantojot skābekļa gāzi un kopējo spiedienu, kā noteikts Daltona Daļēju spiedienu likumā, saskaņā ar kuru kopējais nereaģējošo gāzu spiediens ir vienāds ar daļējais spiediens.

Starpība starp tvaiku un daļēju spiedienu

No iepriekšminētajiem skaidrojumiem redzams, ka tvaika spiediens un daļējais spiediens ir divi atšķirīgi spiedieni. Tvaika spiediens attiecas uz šķidru un cietu fāzi, bet daļējs spiediens - uz gāzveida fāzi. Pēc tam, kad šķīdumam ir pievienots pietiekams daudzums siltuma, tvaika spiediens tiek nodrošināts fāzes pārejā, tādējādi tā molekulas var izkļūt slēgtā sistēmā..

Galvenā atšķirība starp daļēju spiedienu un tvaika spiedienu ir tāda, ka daļējs spiediens ir spiediens, ko atsevišķa gāze rada maisījumā, it kā tā būtu tikai viena šajā sistēmā, savukārt tvaika spiediens attiecas uz spiedienu, ko tvaiki rada tā termodinamiskajā līdzsvarā ar tā kondensētais stāvoklis ir šķidrs vai ciets. Zemāk esošajā tabulā ir sniegts īss šo spiedienu salīdzinājums.

Tvaika spiediens	Daļējs spiediens
To kondensētajā fāzē līdzsvara stāvoklī izdala šķidri vai cietie tvaiki	To izdala atsevišķas gāzes nereaģējošā gāzes maisījumā
Labi izskaidrots ar Raoult likumu	Labi izskaidrots ar Daltona likumu
Pielietojams cietā un šķidrā fāzē	Pielietojams tikai gāzveida fāzēs
Neatkarīgi no virsmas laukuma vai sistēmas tilpuma	Aprēķināts, izmantojot tajā pašā tilpumā esošās gāzes
Aprēķināts, izmantojot izšķīdinātā mola frakciju	Aprēķināts, izmantojot gāzes mola daļu

Satīt!

Tvaika spiediens un daļējais spiediens ir divi svarīgi zinātniskie termini, ko izmanto, lai noteiktu tvaiku un gāzu pielietoto spēku iedarbību dotajā slēgtajā sistēmā noteiktā temperatūrā. To galvenā atšķirība ir pielietojuma laukums ar tvaika spiedienu, kas tiek piemērots šķidrajām vai cietajām fāzēm, turpretī daļējs spiediens tiek piemērots atsevišķai gāzei ideālu gāzu maisījumā noteiktā tilpumā..

Parciālo spiedienu var viegli aprēķināt, ievērojot Daltona likumu par daļēju spiedienu, turpretī tvaika spiedienu aprēķina, izmantojot Raoult likumu. Katrā konkrētā maisījumā katra gāzes sastāvdaļa izdara savu spiedienu, ko sauc par parciālo spiedienu, kas nav atkarīgs no citām gāzēm. Kad dubultosit jebkura komponenta molu ar nemainīgu temperatūru, jūs palielināsit tā daļējo spiedienu. Saskaņā ar Clausius-Clapeyron sakarību [2], temperatūras paaugstināšanās laikā palielinās tvaika spiediens.

Izmantojot iepriekš minēto informāciju, jums vajadzētu būt iespējai atšķirt tvaika spiedienu no daļēja spiediena. Jums arī jāspēj tos aprēķināt, izmantojot molārās frakcijas un reizinot ar kopējo spiedienu. Mēs jums esam snieguši tipiskus piemērus, kā izskaidrot šo spiedienu.