המונחים: Vapor Stress and Boiling Point

לחץ Vapor ונקודת רתיחה הם שני המושגים הבסיסיים ביותר בתרמודינמיקה כימית.הם שולטים כיצד חומרים מעבר בין חלקי נוזל וגז, משפיעים על עיצוב תהליכי הפרדה תעשייתיים, ולהחליט את יציבות החומרים בתנאים סביבתיים שונים. הבנה עמוקה של תכונות אלה מאפשר כימאים ומהנדסים לחזות התנהגות בשלב, אופטימיזציה תנאים, ולהבטיח טיפול בטוח של תרכובות תנודתיות.

עקרונות היסוד של לחץ Vapor

פרשנות מולקולרית

לחץ Vapor נובע מהמשקל הדינמי בין נוזל (או מוצק) לבין שלב ה- vapor שלו.בכל טמפרטורה נתונה, מולקולות על פני השטח של נוזל יש הפצה של אנרגיות קינטיות.חלק מהמולקולות יש מספיק אנרגיה כדי להתגבר על כוחות בלתי-חלפיים ולהימלט לתוך שלב הגז.סינדיידי, מולקולות vapor מתנפצות עם פני השטח הנוזלים ולהיכנס מחדש לקצבה, הוא פשוט לחץ שווה, נקרא לחץ על ידי מערכת החיסון, נקרא לחץ שווה, נקרא לחץ, הנקראת לחץ על ידי לחץ על ידי מערכת שיווי משקל, הוא מופעלת, הוא מופעלת, הוא פשוט לחץ שווה, כלומר, הוא מופעלת, כלומר, הוא מופעלת, הוא מופעלת לחץ שווה, כלומר, הוא מופעלת לחץ על ידי לחץ שווה, כלומר, הוא מופעלת לחץ על ידי לחץ על ידי מערכת החיסון, הוא מופעלת לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי מערכת החיסון, הוא מופעלת, הוא מופעלת לחץ שווה, הוא מופעלת לחץ על ידי לחץ שווה, הוא מופעלת לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי מערכת החיסון, הוא מופעלת, הוא מופעלת, הוא מופעלת, הוא מופעלת לחץ על ידי לחץ על ידי מערכת החיסון, הוא מופעל

איזון זה אינו סטטי, אלא דינמי.אפילו באיזון, מולקולות ממשיכות להחליף בין השלבים, אבל השינוי הנקי הוא אפס.הערך של לחץ אדפור תלוי בעוצמה של כוחות בלתי-חליליים בתוך הנוזל. substances עם אטרקציות לא-חלוניות חזקות (כגון מגע מימן במים או אינטראקציות דיפול-פול בתרכובות הקוטב) יש לחץ נמוך יותר בטמפרטורה נתונה, כי הוא נדרש יותר למולקולות חלשות, כמו פיזור חום, או נוזל, רק עם כוחות ריקים.

גורמים המשפיעים על לחץ Vapor

גורמים מסוימים משפיעים על הלחץ החוסן של חומר:

  • (FLT:0) TemperatureFLT:1: ככל שהטמפרטורה עולה, האנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולות עולה, ומאפשרת שבריר גדולה יותר של מולקולות להתגבר על כוחות בלתי-חלפיים.
  • (FLT:0) יחסי מימן, אינטראקציות dipole-dipole) 1: כוחות חזקים יותר בלתי-חלים (למשל, אג"ח מימן, dipole-dipole) להפחית את הנטייה של מולקולות לברוח לשלב ה- vapor, וכתוצאה מכך לחץ נמוך יותר של vapor. לדוגמה, ב-20 מעלות צלזיוס, מים (עם חיבור מימן) יש לחץ של בערך 17.5 מ"מ, בעוד שפחות של לחץ דם נמוך יותר (R) יש לחץ דם נמוך יותר (או נמוך יותר) אך יש לחץ דם נמוך יותר (אורד) ו-44 (אורד) אך יש לחץ דם נמוך יותר (או יותר של לחץ דם נמוך יותר) אך יש לחץ דם נמוך יותר (או יותר (או יותר) אך יש לחץ דם נמוך יותר של לחץ דם נמוך יותר (או נמוך יותר (אורד) אך יש לחץ דם נמוך יותר (אורד) אך יש לחץ דם נמוך יותר (אורד) אך יש לחץ דם נמוך יותר (רק של לחץ דם נמוך יותר (אורד) אך יש לחץ דם נמוך יותר של לחץ דם נמוך יותר מ-HR.
  • (FLT:0)Molecular Weight and Structured:1; בתוך סדרה הומולוגית, למולקולות גדולות יש בדרך כלל נקודות ממושכות יותר ולחץי אדפור נמוך יותר בשל כוחות הפיזור בלונדון מוגברים.עם זאת, צורה מולקולרית גם ממלאת תפקיד; מפגעים מעוזים לעתים קרובות יש יותר לחץ אדפור מאשר עמיתיהם ליניאריים כי הם אורזים פחות ביעילות ולהפחית שטח פני השטח עבור מגע לטווח קצר.
  • (ב) ,0) ,התעדות של סולטאס (FLT: ⁇ ) : דיסוציאל ⁇ בלתי-מונע במזעור, מוריד את הלחץ החוסן של המעצור – תופעה המכונה חוק ראולאט.

הקלפיוס-קלירון Equation

משוואה קלאוסיוס-קלירון מספקת מערכת יחסים כמותית בין לחץ וטמפרטורה.צורה משולבת שלה היא:

(ב) .

(ב) כאשר P1 ו- P2 הם הלחץ של הטמפרטורות המוחלט T1 ו-T2, ⁇ HoriFLT:0vapcioFLT:1 הוא הליטוף של vaporization, ו R הוא קבוע גז אידיאלי: 8) מנבא כי ⁇ HFLT:2vapFLT 3 הוא קבוע על פני טווח, אשר הוא סביר עבור משוואה גבוהה יותר מגובה אחד, כלומר, כלומר, על ידי טיפול בטמפרטורה של 2 ליטר, 000.

נקודת הימצאות והגירושים שלה

המונחים: Thermodynamic Basis

הנקודה הרתיחה של נוזל מוגדרת כטמפרטורה שבה הלחץ החוסן שלה שווה את הלחץ החיצוני המופעל על הנוזל.בשלב זה, בועות של vapor יכולות להיווצר לאורך כל החלקיק, לא רק על פני השטח, המוביל לנפיחות מהירה.thermoדינמיתally, רותח מתרחשת כאשר אנרגיית גיבס ללא תשלום עבור המעבר-to-vapor, הופך ל-opreperreperic בשלב זההפוטנציאל של לחץ.

חשוב להבחין בין חישובי FLT:0 [שלבי] הרתיחה הרגילים [1] לבין ה-FLT:2 חישובים קבועים של נקודת רתיחה 3 [הנקודה הרתיחה הנורמלית נמדדת בלחץ חיצוני של 1 atm (760 מ"מ כספית או 101.325 kPa] נקודת הרתיחה הסטנדרטית, כפי שמגדירה IUPAC, היא הטמפרטורה שבה מתרחשת תחת לחץ אחד מהם הוא בינוני (C7) אך הוא שונה במקצת.

אפקט הלחץ החיצוני

מכיוון שנקודת הרתיחה תלויה בלחץ חיצוני, שינויים בלחץ משנים באופן משמעותי את הטמפרטורה שבה מרתיחה נוזלית. בגובה גבוה יותר, לחץ אטמוספירי נמוך יותר, ולכן מים רותחים בטמפרטורה מתחת ל-100 מעלות צלזיוס. לדוגמה, ב-3,000 מטרים מעל פני הים, הלחץ האטמוספרי הוא בערך 700 שעות, ומים ב- 90 מעלות צלזיוס נמוך זה משפיע על זמני הבישול ועל יעילות הניקוי של 120 מטרים, כלומר לחץ פנימי, כלומר, על פני כדור הארץ, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, הוא מעל למהירויות של כ-1.5 מעלות צלזיוס, כלומר, כלומר, כ-1.5 מעלות צלזיוס, כלומר, כ-1.5 מעלות צלזיוס, מעצימה, הוא מעל למהירויות של כ-1.5 מעלות צלזיוס, בערך, לחץ פנימי, כלומר, כלומר, ירידה של כ-1.5 מעלות צלזיוס, בערך, בערך, ירידה של כ-1.5 מעלות צלזיוס, לחץ על פני כ-1.5 מעלות צלזיוס, מעצימה, בטמפרטורות מעצימה, בטמפרטורות מתוחכמות של בערך 90 מעלות צלזיוס, בטמפרטורות מגובה של כ-1.5 מעלות צלזיוס, בטמפרטורות מגובה של כ-1.5 מעלות צלזיוס, בטמפרטורות מעצימה, בטמפרטורות מעצימה, בטמפרטורות מעצימותגמותגמותגמות

היחסים בין נקודה רותחת ולחץ אינם ליניאריים; זה בעקבות המגמה קלאוסיוס-קלירון.מהנדסים משתמשים בידע זה כדי לעצב יחידות של זיקוק ואקום אשר מורידות את נקודת הרתיחה של תרכובות רגישות חום, מונעות את הפירוק.עבור יותר על רתיחה תלויה בלחץ, ראה FLT:0Engineering Toolbox של מים רותחים בלחצים שונים של LT 1:1.

נקודת מפנה וכוחות בלתי-חלפיים

צוללות עם כוחות חזקים יותר לטווח קצר דורשות טמפרטורות גבוהות יותר כדי להשיג את הלחץ החוסן הדרוש כדי לרתח.לכן, נקודה רותחת היא אינדיקטור ישיר של כוח בלתי סגול.לדוגמה, הליום (למשל, נקודה −269 מעלות צלזיוס) יש אינדיקטור ישיר בלתי סביר של כוחות בלתי גמישים, בעוד tungstens (שלב 5,555C) יש חזק קשר מולקולרי:

  • פחמימנים לא קוטביים: נקודות רתיחה נמוכות (למשל, מתאן - 161 ° C)
  • תרכובות אוויריות פולארו: נקודות מתיחה בינוניות (למשל, אצטון 56 מעלות צלזיוס)
  • תרכובות מוטבעות: נקודות רתיחה גבוהות (למשל, מים 100 מעלות צלזיוס, אתנוול 78 מעלות צלזיוס, אבל שימו לב מים גבוהים מאוד עקב חיבור מימן נרחב)

נקודת הימצאות גם היא תואמת למשקל המולקולרי בתוך סדרה – לדוגמה, נקודות הרתיחה של הגזים האציליים עולות ממנו לרן, כאשר כוחות הפיזור של לונדון עולים עם ספירת אלקטרון.

הקשר בין לחץ Vapor ו-Boiling Point

שלב Equilibrium ו- גיבבס אנרגיה חופשית

בתרמודינמיקה כימית, המצב של איזון שלב הוא כי הפוטנציאל הכימי (μ) של כל רכיב שווה בכל השלבים הקיימים. עבור חומר טהור, האנרגיה החינמית של גיבס לשחיפה הוא אותו הדבר בשלבים הנוזליים והחוסנים במאזן.

(ב) 1

לאורך עקומת הדו-קיום הנוזלית, dμFLT:0ird:0 alFLT:1 = dμFLT:2vearFLT 3: [Rar החל מוביל למשוואה קלאוסוס-קלירון, המקשר לחץ וטמפרטורה vapor. זה מראה כי לחץ אדפור ונקודת רתיחה קשורים באופן חד-משמעי: הנקודה הממושכת בלחץ נתון פשוט הוא הטמפרטורה של לחץ וחום.

שימוש בלחץ Vapor כדי לחזות ב-Boiling Point

אם הלחץ של נוזל ידוע בטמפרטורה אחת, ואת enthalpy של vaporization ידוע, משוואה קלאוסוס-קלירון ניתן להשתמש כדי להעריך את הנקודה הרתיחה בלחץ אחר.conversely, מדידת הנקודה הרתיחה בלחץ אטמוספרי מיד נותן לחץ ריק של 1000 מ"מ (או לחץ דם נפוץ) הוא לעתים קרובות דיווח על לחץ דם אלקטרוני של נתונים קצרים: לדוגמה, לדוגמה, לחץ דם אלקטרונים של 1DVFfor).

⁇ ⁇ ⁇ ⁇

שלב המעבר ו-Enthalpy של Vaporization

(ה) ⁇ ( ⁇ HFLT:0) vapphig 1LT) הוא האנרגיה הנדרשת להמיר פגיעה אחת של נוזל לתוך vapor בטמפרטורה ולחץ מתמיד.זה קשור ישירות לכוח של כוחות בלתי-חלפיים.

תגובה ל Kinetics and Le Chatelier's Principle

בתגובות כימיות הכרוכות בנוזלים ובגזים, לחץ ונקודת הרתיחה משפיעים על הרכב שלב ה- vapor. לדוגמה, בתגובות esterification שבו המים מיוצרים, הסרת מים על ידי שינוי שינוי איזון כלפי מוצרים (עיקרון של לי צ'אטלר). הבנת נקודת הרתיחה של מים בתנאים של תגובה מסייעת להסיר טמפרטורות ללא הרף ללא הפעלת תנודתיות.

בנוסף, שיעורי התגובה תלויים לעתים קרובות בטמפרטורה דרך משוואה Arrhenius. Boiling נקודה מגדיר גבול מעשי עליון לתגובות שבוצעו בלחץ אטמוספרי.עבור תגובות הדורשות טמפרטורות גבוהות יותר ללא מעבר לנקודה הליטורית של ה-Derhennt, כימאים עשויים להשתמש בכלי שיט חתומה או ציוד בלחץ גבוה. Alternatively, גבוה יותר מזהמים (למשל, dimethylformamide, DMF, Bp) ללא לחץ גבוה יותר.C, 15C) ללא לחץ גבוה יותר.

יישומים מעשיים

לחץ אדים ונקודת רתיחה מאפשר יישומים מעשיים רבים:

  • (FLT:0) דיקיון פריצה נפרד תערובת המבוססת על הבדלים בנקודות רותחות. עבור תערובת של zeotropes צורה ביצירות מסוימות שבו לחץ vapor מעוקל בין סדקים.הבנת לחץ vapor מודיעה על עיצוב של דיפולציה או תמציתית.
  • (FLT:0Chemical Reactor DesignFLT:1: יש לתכנן את התגובות לטיפול בלחץ פנוי בטמפרטורות התפעוליות כדי להימנע מלחץ יתר על המידה.בטיחות שסתום נקבעים על בסיס לחץ ריק של נוזלי תהליכים.
  • (FLT:0) ,Material StancyFLT:1: כאשר אחסון כימיקלים תנודתיים, מכולות חייב לעמוד בלחץ הנפיחות בטמפרטורות צפויות.לדוגמה, בנזין (לחץ אשלוף) 4-15 psi בהתאם לתערובת) מאוחסנים בטנקים תת-קרקעיים כדי למנוע בריחה פנויה.
  • (FLT:0) גורל ההנעה 1: תנודתיות של אבקנים קובעת כמה מהר הם מתאמים מקרקע או מגוף מים.לחץ Vapor הוא קלט מפתח עבור מודלים החיזוי תחבורה אטמוספירית.

שיטות מדידה

bulliometry

bulliometry היא המדידה המדויקת של גובה נקודת הרתיחה.על ידי מדידת נקודת הליטיחה של נוזל טהור בלחץ ידוע, ניתן לקבוע את הלחץ החוסן שלו בטמפרטורה זו. ebulliometers מודרניים משתמשים בחיישנים לחץ שונה ו אמבטיות תרמו-ממוזגות כדי להשיג דיוק גבוה. שיטה זו היא לעתים קרובות בשילוב עם השיטה ה ⁇ -Young לקביעת נקודות רתיחה נורמליות.

שיטות סטטיות ודינמיות ללחץ Vapor

לחץ Vapor ניתן למדוד באמצעות שיטות סטטיות, שבו הנוזל ממוקם בתא מפונה ולחץ של ה- vapor נמדד ישירות באמצעות ממטר או קפיאנטמנט ממטר.האיזוטופ הוא מכשיר קלאסי למטרה זו. שיטות דינמיות, כגון שיטת הפירוק גז, כרוך העברת גז הקשורה באמצעות נוזל בטמפרטורה ידועה ואת המסה של vap נשא גישה נמוכה של סכינים (Haprei) באמצעות לחץ נמוך מאוד.

לכל טכניקה יש יתרונות ומגבלותיה.הבחירה תלויה בטווח התנודתיות, בטמפרטורה ובדיוק הנדרש.ניתן למצוא פרוטוקולים מפורטים ב-FLT:0Journal of Chemical & הנחיות הנדסיות של נתונים על מדידה בלחץ ריקות של לחץ דם 1.

מסקנה

לחץ Vapor ונקודת הרתיחה אינם תכונות מבודדות, אך הם מוטבעים עמוק במרקם של תרמודינמיקה כימית.הם שולטים בשלב שווה, להכתיב תהליך תאימות, ומשפיעים על בטיחות במסגרות תעשייתיות ומעבדות. על ידי הבנת המקורות המולקולריים של לחץ vapor, הקישור התרמודינמי המובע על ידי משוואות קלאוס-קלירון, וההשלכות המעשיות של תכנון והפרדה, כימאיימים ומהנדסים יכולים לקבל החלטות מדויקות על גבי מערכת מחקרית, להמשיך ולעצב, או עיצוב ידני, הן על גבי מתודולוגיה, הן על גבי מתודולוגיה, המשך.