Osittaisen paineen ja höyryn paineen ero

Osapainetta ja höyrynpainetta käytetään yleisesti tieteellisinä termeinä, jotka liittyvät järjestelmän komponenttien aiheuttamaan paineen määrään, mutta niiden identiteetti voi olla hämmentävä muille. Nämä termit, mukaan lukien niiden vaikutukset ja identiteetti, erotetaan selvästi toisistaan. Tässä artikkelissa selvitetään tarkemmin näiden termien välisiä eroja. Se sisältää myös joitain esimerkkejä niiden sovellusten demystifioimiseksi.

Aloitetaan korostamalla paineen käsitettä, ennen kuin voimme syventää eroa höyryn ja osittaisen paineen välillä. Paine on tieteellisesti määritelty voimaksi, joka kohdistuu alaan yksikköä kohden esineeseen tai aineeseen. Se voidaan määritellä myös törmäävien hiukkasten toisiinsa kohdistamaksi voimaksi ja se mitataan usein Pascalilla. Hiukkasten törmäyksen tapauksessa paineen laskemiseksi käytetään kaasuyhtälöä ja kaasujen kineettistä teoriaa.

Mikä on höyrynpaine??

Höyrynpaine voi kohdistua nestemäisiin tai kiinteisiin faaseihin. Se on paine, jonka termodynaamisessa tasapainossa oleva höyry vaikuttaa nestemäiseen tai kiinteään olosuhteisiinsa tietyssä lämpötilassa suljetussa järjestelmässä, kun sekä höyry että neste (kiinteä aine) ovat kosketuksessa. Tämä paine syntyy höyrystymisen seurauksena, jonka kiinteän tai nesteen lisääntynyt lämpö mahdollistaa. Siten lämpötilaa käytetään höyrystymisen mittana ja se on suoraan verrannollinen höyrynpaineeseen. Tämä tarkoittaa, että mitä korkeampi lämpötila, sitä korkeampi höyrynpaine.

Höyrystymisen aikana ilmamolekyylit pakenevat korkeamman kineettisen energian seurauksena ilmaan suljetussa järjestelmässä. Sitten tasapainossa ollessa höyrynpaine syntyy höyryn ja sen tiivistetyn nestemuodon (kiinteän) välillä. Ratkaisuissa, joissa molekyylien väliset voimat ovat heikompia, höyrynpaine on yleensä enemmän, ja päinvastoin, ratkaisuissa, joissa molekyylien väliset voimat ovat voimakkaampia, höyrynpaine on pienempi.

Höyrynpaine voi esiintyä myös ihanteellisissa seoksissa Raoultin lain mukaan. Siinä todetaan, että tietyn komponentin osittainen höyrynpaine nestemäisessä tai kiinteässä seoksessa on yhtä suuri kuin kyseisen komponentin höyrynpaine kerrottuna sen moolijaolla kyseisessä seoksessa tietyssä lämpötilassa. Seuraava esimerkki kuvaa sitä.

Esimerkki 1.

Annettiin ihanteellinen seos, joka oli 0,5 mol. etanolia ja 1,5 mol. metanoli, höyrynpaine 30KPa ja vastaavasti 52KPa, määrittävät kunkin komponentin osittaisen höyrynpaineen.

Ratkaisu:

Moolien kokonaismäärä on 1,5 mol + 0,5 mol = 2,0 mol. Raoultin lain mukaan osittainen höyrynpaine on yhtä suuri kuin höyrynpaine kerrottuna kyseisen komponentin moolijakeella. Tässä tapauksessa P_metanoli = 1,5 / 2 * 52 = 39KPa ja P_etanolia = 0,5 / 2 * 30 = 7,5KPa.

Kun seoksessa on komponenttien osittaisia ​​höyrynpaineita, voit saada kokonaishöyrynpaineen lisäämällä ne yhteen. Tässä suhteessa 7,5 + 39 antaa 46,5KPa etanolin ja metanolin liuosten seoksen kokonaishöyrynpaineen.

Höyrynpaineeseen vaikuttavat tekijät

Molekyylien identiteetti

Kuten jo edellä mainittiin, molekyylivoimien tyypit määrittävät käytettävän höyrynpaineen määrän. Jos voimat ovat voimakkaampia, syntyy vähemmän höyrynpainetta, ja jos heikompia, syntyy enemmän höyrynpainetta. Siksi nesteen tai kiinteän aineen koostumus vaikuttaa höyrynpaineeseen.

Lämpötila

Korkeampi lämpötila johtaa korkeampaan höyrynpaineeseen, koska se aktivoi enemmän kineettistä energiaa rikkoakseen molekyylivoimat niin, että molekyylit pääsevät nopeasti pois nestepinnasta. Kun höyrynpaine (tyydyttynyt höyrynpaine) on yhtä suuri kuin ulkoinen paine (ilmakehän paine), neste alkaa kiehua. Matalampi lämpötila johtaa alhaisella höyrynpaineella ja nesteen kiehuminen vie aikaa.

Daltonin osapaineiden laki

Mikä on osapaine?

Osapaineen ajatuksen ehdotti ensin tunnettu tiedemies John Dalton. Se synnytti hänen osittaisen paineen lain, jonka mukaan ihanteellisen kaasuseoksen aiheuttama kokonaispaine on yhtä suuri kuin yksittäisten kaasujen osapaineiden summa. Oletetaan, että tietty säiliö on täytetty vety-, typpi- ja happikaasuilla, kokonaispaine, P_{KAIKKI YHTEENSÄ,} on yhtä suuri kuin hapen, typen ja vedyn summa. Minkä tahansa seoksen kaasun osapaine lasketaan kertomalla kokonaispaine yksittäisen kaasun moolijakeella.

Lyhyesti sanottuna osapaine on seoksen tietyn kaasun aiheuttama paine kuin se toimisi yksinään järjestelmässä. Joten ohitat muut kaasut, kun määrität yksittäisen kaasun osapaineen. Tämä teoria voidaan tarkistaa injektoimalla esimerkiksi 0,6 atm O: ta₂ 10,0 litran astiassa 230 K: n lämpötilassa ja injektoimalla sitten 0,4atm N₂ sekoitetaan samankokoisessa, samankokoisessa säiliössä samassa lämpötilassa ja yhdistä sitten lopulta kaasut kokonaispaineen mittaamiseksi; se on kahden kaasun summa. Tämä selittää selvästi yksittäisen kaasun osapaineen reagoimattomien kaasujen seoksessa.

Osapaineen laskeminen

Osapaineen laskeminen on ehdottoman helppoa, koska Daltonin laissa [1] säädetään siitä. Se riippuu tyypillisistä tiedoista. Jos esimerkiksi kaasun A ja B seokselle annetaan kokonaispaine sekä kaasun A paine, B: n osapaine voidaan laskea käyttämällä P_{KAIKKI YHTEENSÄ} = P + P_B. Loppuosa on algebrallisia manipulaatioita. Mutta jos vain seoksen kokonaispaine on annettu, voit käyttää kaasun B molaarista osaa osittaisen paineen määrittämiseksi. Moolijae, jota merkitään X: llä, voidaan löytää jakamalla kaasun B moolit kaasuseoksen kokonaismooleilla. Sitten saadaksesi osapaine kerrotaan moolijae, X, kokonaispaineella. Seuraava esimerkki tarkentaa sitä.

Esimerkki 2.

Typen ja hapen seos, vastaavasti 2,5 moolia ja 1,85 moolia, injektoidaan 20,0 litran astiaan kokonaispaineella 4 atm; lasketaan happikaasun aiheuttama osapaine.

Ratkaisu:

Moolien kokonaismäärä seoksessa on 2,5 + 1,85 = 4,35 moolia. Joten hapen moolijae, X_O, on 1,85 moolia / 4,35 moolia = 0,425 moolia. Hapen osapaine on 0,425 * 4atm = 1,7atm. Jäljelle jäävän kaasun osittainen paine voidaan laskea noudattaen samaa lähestymistapaa tai voidaan laskea käyttämällä happikaasua ja kokonaispainetta, sellaisena kuin se on määritelty Daltonin osapaineita koskevassa laissa, jonka mukaan ei-reaktiivisten kaasujen kokonaispaine on yhtä suuri kuin osapaineet.

Ero höyryn ja osapaineen välillä

Yllä olevien selitysten perusteella on ilmeistä, että höyrynpaine ja osittainen paine ovat kaksi erillistä painetta. Höyrynpaine kohdistuu nestemäisiin ja kiinteisiin faaseihin, kun taas osapaine kohdistuu kaasumaiseen faasiin. Höyrynpaine kohdistetaan vaihesiirtymään sen jälkeen, kun liuokseen on lisätty riittävästi lämpöä, mikä johtaa sen molekyyleihin poistumiseen suljetussa järjestelmässä..

Tärkein ero osapaineen ja höyrynpaineen välillä on se, että osapaine on paine, jonka yksittäinen kaasu aiheuttaa seoksessa ikään kuin se olisi yksinään tässä järjestelmässä, kun taas höyrynpaineella tarkoitetaan paineta, jonka höyry aiheuttaa termodynaamisessa tasapainossaan. sen tiivistynyt tilavuus nestemäinen tai kiinteä. Seuraava taulukko antaa tiiviin vertailun näistä paineista.

Höyrynpaine	Osittainen paine
Sitä neste tai kiinteä höyry levittää tasapainotilassa olevaan tiivistyneeseen faasiinsa	Sitä käyttävät yksittäiset kaasut reagoimattomassa kaasuseoksessa
Hyvin selitetty Raoultin lailla	Hyvin selitetty Daltonin lailla
Soveltuu kiinteään ja nestemäiseen faasiin	Soveltuu vain kaasumaisiin vaiheisiin
Riippumatta järjestelmän pinta-alasta tai tilavuudesta	Laskettu saman tilavuuden kaasuilla
Laskettu käyttämällä liuenneen aineen moolifraktiota	Laskettu käyttäen kaasun moolifraktiota

Paketoida!

Höyrynpaine ja osapaine ovat kaksi tärkeää tieteellistä termiä, joita käytetään höyryn ja kaasujen kohdistamien voimien vaikutusten määrittämiseen tietyssä suljetussa järjestelmässä tietyissä lämpötiloissa. Niiden pääasiallinen ero on käyttöalue, kun höyrynpaine kohdistetaan nestemäisiin tai kiinteisiin faaseihin, kun taas osittainen paine kohdistetaan yksittäiseen kaasuun ihanteellisten kaasujen seoksessa tietyssä tilavuudessa..

Osapaine lasketaan helposti noudattamalla Daltonin osapainelakia, kun taas höyrynpaine lasketaan soveltamalla Raoultin lakia. Missä tahansa seoksessa kukin kaasukomponentti tuottaa oman paineen, jota kutsutaan muista kaasuista riippumattomaksi osapaineeksi. Ja kun tuplaat minkä tahansa komponentin moolia lämpötilan pysyessä vakiona, kasvatat sen osapainetta. Clausius-Clapeyron-suhteen [2] mukaan höyrynpaine kasvaa lämpötilan noustessa.

Edellä mainittujen tietojen avulla sinun pitäisi pystyä erottamaan höyrynpaine ja osittainen paine. Sinun pitäisi myös pystyä laskemaan ne käyttämällä molaarisia fraktioita kertomalla kokonaispaineella. Olemme antaneet sinulle tyypillisiä esimerkkejä näiden paineiden soveltamisen tarkentamiseksi.