ضغط بخار التشبع هو الضغط الذي تكون فيه الطور الغازي للمادة في حالة اتزان مع مرحلتها السائلة أو الصلبة عند درجة حرارة معينة في نظام مغلق. يستخدم مصطلح ضغط البخار أحيانًا للإشارة إلى ضغط البخار المشبع. من ناحية أخرى ، يشير تعبير ضغط البخار إلى ضغط البخار الجزئي وليس ضغط البخار المشبع. يتم تعزيز الغموض بين هذين المصطلحين من خلال التعبير الإنجليزي عن ضغط البخار الذي يحدد ضغط البخار المشبع.
يرتبط ضغط البخار المشبع بميل الجزيئات إلى الانتقال من الحالة السائلة (أو الصلبة) إلى الحالة الغازية: يقال إن المادة التي لها ضغط بخار مشبع مرتفع (فيما يتعلق بالضغط الجوي) إلى درجة الحرارة المحيطة متطايرة. يزيد ضغط البخار المشبع لمادة ما بشكل غير خطي مع درجة الحرارة وفقًا لصيغة Clausius-Clapeyron. صيغة Duperray مقالات ذات صلة تاريخي في القرن التاسع عشر ، درس جون دالتون حجم بخار الماء اللازم لتشبع الهواء.
لاحظ أن هذا الحجم يعتمد كثيرًا على درجة الحرارة. تعريف في حالة وضع مادة نقية في غرفة مغلقة ، فإن ضغط البخار المشبع هو ضغط الطور الغازي عندما يكون في حالة توازن مع المرحلة السائلة أو الصلبة.
جدول المحتويات
مفهوم التوازن
مفهوم التوازن يعني أن تدفق الجزيئات التي تمر من الحالة السائلة (أو الصلبة) إلى الحالة الغازية مكافئ ، خلال فترة زمنية معينة ، لتدفق الجزيئات التي تمر من الحالة الغازية إلى الحالة الغازية. سائل (أو صلب). في حالة وجود وسيط مفتوح ، عند ملامسته للهواء ، فإن ضغط البخار المشبع هو الضغط الجزئي للبخار الذي لا يستطيع المرء تكوين جزيئات منه في شكل بخار في الهواء ، الهواء مشبع. يقال أيضًا أنه الحد الأقصى للضغط لبخاره “الجاف” (أي بدون الطور السائل).
إقرأ أيضا:كيفية تغيير الحفاض للرضيعإذا تجاوز الضغط الجزئي للبخار ضغط البخار المشبع ، فهناك تسييل أو تكثف صلب. من حالة التوازن ، يمكن القيام بذلك إما عن طريق زيادة ضغط البخار الجزئي (على سبيل المثال عن طريق تقليل الحجم) ، أو عن طريق تقليل قيمة ضغط البخار المشبع ، وهذا ممكن عن طريق خفض درجة الحرارة. درجة حرارة الغليان القياسية للجسم ، والمعروفة باسم نقطة الغليان ، هي درجة الحرارة التي يكون عندها ضغط البخار المشبع يساوي 1 ضغط جوي. عندما تصبح درجة حرارة السائل أعلى من هذه القيمة ، نلاحظ تكون الفقاعات داخل المادة: هذه هي ظاهرة الغليان.
ومع ذلك ، فإن تكوين الفقاعات العميقة في السائل يتطلب ضغطًا أعلى (وبالتالي درجة حرارة) ، لأن ضغط السائل يزداد مع العمق. حالة الجسد الطاهر عن طريق زيادة حجم الخزان بشكل مصطنع حيث يوجد جسم نقي واحد والحفاظ على درجة الحرارة عند مستوى ثابت ، اعتمادًا على مستوى درجة الحرارة هذه ، يمكن أن يكون الجسم في مراحل مختلفة في نفس الوقت. في الحالة التي يكون فيها مستوى درجة الحرارة على هذا النحو في وجود مراحل سائلة وغازية ، يكون هناك توازن عندما لا يتغير الجزء الكتلي لكل مرحلة بمرور الوقت. يسمى الضغط في هذا الخزان ، بمجرد الوصول إلى هذا التوازن ، ضغط البخار المشبع (psat).
إقرأ أيضا:طول برج ايفلوسائل خارجية
إذا كان من الممكن ، بوسائل خارجية ، تعديل الضغط في العلبة (المروج) ، دون تغيير تركيبة الغاز مع الحفاظ على ثبات درجة الحرارة (على سبيل المثال عن طريق تقليل الحجم باستخدام مكبس وتبريد الجدران) ، ثم هناك حالتان: زيادة الضغط في الخزان قريب جدا> psat وبالتالي ، سيكون هناك تكثف للجزء الغازي ، إما حتى ينخفض الضغط في العلبة بحيث يصل إلى ضغط البخار المشبع المقابل لدرجة الحرارة هذه ، أو حتى لا يكون هناك المزيد من البخار للتكثيف. في الحالة الأخيرة ، يكون الضغط المحيط في نهاية التحويل أكبر من ضغط البخار المشبع المقابل لدرجة الحرارة هذه. في الواقع ، لم يعد هناك توازن بين المراحل حيث لا يوجد سوى المرحلة السائلة
الضغط في الخزان: ثم بسات> المروج وبالتالي ، سيكون هناك تبخر للسائل إما حتى يزداد الضغط في العلبة بحيث يتم الوصول إلى مستوى ضغط البخار المشبع المقابل لدرجة الحرارة هذه أو حتى يتم تحويل كل الطور السائل إلى الطور الغازي. في الحالة الأخيرة ، يكون الضغط المحيط في نهاية التحويل أقل من ضغط البخار المشبع المقابل لدرجة الحرارة هذه. وبالمثل ، لم يعد هناك توازن بين المراحل حيث لا يوجد سوى الطور الغازي.
إقرأ أيضا:موجة الصدمةمفهوم درجة غليان مادة نقية بالنسبة لمادة نقية معينة ، يوجد زوج فريد (الضغط 1 ، درجة الحرارة 1) ، يسمى نقطة الغليان ويتم تعريفه على النحو التالي: إذا ظلت درجة الحرارة ثابتة ، ولكن الضغط أقل من الضغط 1 ، يتم إحضار المادة النقية .إلى درجة الغليان ؛ إذا ظل الضغط ثابتًا ولكن درجة الحرارة ارتفعت فوق درجة الحرارة 1 ، يتم أيضًا إحضار المادة النقية. إلى درجة الغليان. نرى من خلال هذا التعريف أن الضغط 1 هو ببساطة ضغط البخار المشبع ، والذي نعرف أنه يعتمد فقط على درجة الحرارة.
خلط مادة سائلة
حالة خلط مادة سائلة نقية في حالة اتزان الطور مع مادة غازية نقية أخرى إذا تم وضع مادة نقية 1 في الحالة السائلة في خزان مغلق مع مواد نقية أخرى موجودة في الحالة الغازية ، فإن ppartielle1 سيشير إلى الضغط الجزئي للمرحلة الغازية للمادة النقية 1. سيشير psat1 إلى ضغط البخار المشبع لمادة نقية 1 ؛ تشير المروج إلى الضغط الكلي السائد في الخزان في بداية التجربة. عند التوازن: ppartielle1 = psat1. إذا كان النظام في حالة أخرى ، فإنه يميل نحو هذا التوازن ، وبما أن ضغط البخار المشبع .هو مسند فيزيائي (لدرجة حرارة معينة) ، وبالتالي لا يمكن ضبطه بشكل مباشر ، فهو الضغط الجزئي (وبالتالي الضغط الكلي) التي سوف تتكيف.
سيحدث هذا ، إما عن طريق التكثيف إذا كان مرتفعًا جدًا (أي أعلى من psat1) ، أو عن طريق التبخر إذا كان منخفضًا جدًا (resp ، أقل من psat1). ومع ذلك ، فإن هاتين الظاهرتين تطلقان أو تستخدمان الطاقة. على التوالي ، وبالتالي تعدل درجة الحرارة ، وتعديل ضغط البخار المشبع بشكل غير مباشر. تغيير الضغط عندما يتغير الضغط في الخزان ، هناك ثلاث حالات محتملة لدرجة حرارة معينة: 1) يتغير الضغط الكلي دون تغيير الضغط الجزئي للجسم 1 لا شيء يحدث للجسم 1!
تعتبر إضافة أو تفريغ غاز آخر محايدًا للسائل ، حتى لو زاد الضغط الكلي بشكل كبير ، أو تم تقليله حتى يساوي الضغط الجزئي للغاز 1 فقط (لا يمكن أن ينخفض). 2) يزداد الضغط الجزئي للجسم 1 ، ليصبح أكبر من ضغط البخار .المشبع للجسم النقي 1 يتكثف الغاز 1 ، حتى يتم تقليل الضغط الجزئي إلى ضغط البخار المشبع لمادة نقية 1. يطلق التكثيف الحرارة ، ويزيد درجة الحرارة ، وبالتالي ضغط البخار المشبع للمادة النقية 1 ، مما يساهم في التوازن. 3) الضغط الجزئي للجسم 1 ينخفض ليصبح أقل من ضغط البخار المشبع للجسم النقي 1 يمر السائل 1 إلى الحالة الغازية ، حتى يزداد الضغط الجزئي إلى مستوى ضغط البخار المشبع للجسم النقي 1.
الحالة الغازية
سيعتمد هذا التغيير في الحالة الغازية على الضغط الكلي: إذا ظل الضغط الكلي أعلى عند المشبع ضغط بخار المادة النقية 1 (المروج> psat1) ، سيحدث التبخر ، أما إذا انخفض إلى مستوى منخفض (المروج <psat1) ، فسيحدث الغليان (ظاهرة سريعة). في كلتا الحالتين ، يتم استخدام الحرارة وتنخفض درجة الحرارة في الخزان ، مما يقلل من ضغط البخار المشبع للجسم النقي 1 ، مما يساعد على استعادة التوازن. ملحوظة للتذكير ، في حالة عدم وجود psat1> ppartielle1> pres ، لا يمكن أن يكون ضغط الخزان الذي يمثل ضغطًا كليًا أقل من ضغط جزئي. لذلك فإن الغليان هو ظاهرة تؤثر على كل من المواد النقية والمخاليط بينما التبخر لا يمكن أن يوجد إلا في حالة الخليط.
تغير درجة الحرارة لتغيير ترتيب الشروط في التفاوتات الثلاثة أعلاه ، من الممكن العمل وتغيير مستوى الضغط المشبع. من خلال درجة الحرارة. كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زاد مستوى ضغط البخار المشبع. من حالة التوازن. حيث psat1 = ppartielle1: عن طريق خفض درجة الحرارة ، ينخفض psat1 إلى ما دون مستوى. ppartielle1 والبخار السائل ؛ عن طريق زيادة درجة الحرارة بشكل. طفيف ، يزيد psat1 ويمر فوق مستوى ppartial بينما يظل أدناه: هناك تبخر للسائل ؛ عن طريق زيادة درجة الحرارة بشكل حاد ، ثم يزيد البسات ويمر فوق مستوى المروج
يتم تجاوز نقطة الغليان ويحدث تغيير الحالة بسرعة أكبر: نتحدث عن الغليان. تغيير حجم الخزان لتعديل ترتيب .المصطلحات في التفاوتات الثلاث المذكورة أعلاه ، من الممكن العمل وتغيير مستوى الضغوط الجزئية .والكاملة عن طريق تغيير حجم الخزان وكمية المادة النقية 2. من حالة التوازن: عن طريق زيادة ضغط.. المكمن إلى قيمة أكبر من psat1 ، يتم تسييل الطور الغازي. للمادة النقية 1 ؛ عن طريق تقليل ضغط الخزان مع التأثير على الضغط الجزئي للمادة النقية. 2 ، بحيث يظل ضغط الخزان أكبر من psat1 ، ثم يتبخر الطور السائل للمادة النقية 1 ؛ عن طريق تقليل .ضغط الخزان. إلى قيمة أقل من psat1 ، يغلي الطور السائل للمادة النقية 1.
حالة الجسم الصلب النقي
حالة الجسم الصلب النقي عادة ما يكون ضغط البخار المشبع لمعظم المواد الصلبة منخفضًا جدًا عند درجات حرارة قريبة .من البيئة المحيطة (حوالي 20 درجة مئوية). على سبيل المثال ، يكون ضغط بخار الحديد المشبع عند 20 درجة مئوية منخفضًا. جدًا لدرجة أنه من غير المحتمل وجود ذرة حديد واحدة في الغرفة كبخار على الرغم من أن الصلب الموجود .في حالة توازن مع بخاره. (هنا ندخل في الاعتبارات الكمية لـ احتمال الوجود). يمكن قياس ضغوط بخار المواد الصلبة المنخفضة جدًا بطريقة خلية الانصباب. كنودسن. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تماسك ذرات المادة الصلبة يجعل من غير المعقول وجود ظاهرة الغليان.
ومع ذلك ، يمكن أن تتشكل المسام في المادة ، وداخل هذه المسامية ، يمر جزء صلب في شكل غازي. (بنفس العناية. المذكورة أعلاه). ومع ذلك ، لا يرتبط هذا بالضغط الجوي كما هو الحال مع السوائل (باستثناء الضغوط الشديدة) ، بل يتعلق بخصائص .المواد ، مثل وجود عيوب نقطية في البلورة (الفراغات) والتوتر السطحي. من حالة التوازن. psat (T) = pvap تعديل درجة الحرارة المحيطة: تحت درجة الحرارة هذه ، يتكثف البخار في مادة صلبة ؛ فوق درجة الحرارة هذه ، يتصاعد الصلب ، أي أنه يتحول مباشرة. من صلب إلى بخار دون المرور بمرحلة سائلة ؛ تعديل الضغط المحيط: فوق هذا الضغط ، يتكثف البخار في مادة صلبة ؛ تحت هذا الضغط ، يتسامى الصلب. وبالتالي ، بالنسبة لضغط معين ، فإن نقطة التسامي للمادة هي درجة الحرارة. التي يكون فيها ضغط بخار تلك المادة .مساويًا للضغط المحيط. لذلك لدينا ثلاث حالات فقط: psat (T)> pvap: تسامي ؛ psat (T) = pvap:
تشبع ضغط البخار
التوازن ؛ pvap> psat (T): التكثيف. تشبع ضغط البخار وتغيرات الطور الأخرى يمكن أن يكون ضغط البخار المشبع لمادة ما في الطور السائل مختلفًا – وعادةً – عن ضغط بخار نفس المادة في الطور الصلب. إذا كانت درجة الحرارة بحيث يكون ضغط بخار السائل أعلى من ضغط المادة الصلبة ، فإن السائل سوف يتبخر ولكن البخار سوف يتكثف إلى مادة صلبة ، أي أن السائل .سوف يتجمد. إذا كانت درجة الحرارة لدرجة أن ضغط بخار السائل أقل من ضغط المادة الصلبة ،
فإن المادة الصلبة سوف تتبخر ولكن البخار سوف يتكثف في سائل ، أي أن المادة الصلبة سوف تذوب. عند درجة الحرارة ضغط بخار التشبع التي يتساوى عندها ضغوط البخار ، يوجد توازن بين المرحلتين الصلبة والسائلة. يشار إلى درجة الحرارة هذه باسم نقطة الانصهار. حساب ضغط البخار المشبع يمكن إجراء الحساب التقريبي لضغط البخار المشبع باستخدام .صيغة مشتقة من صيغة. Clapeyron ، بافتراض – من بين أمور أخرى – أن البخار يتصرف ضغط بخار التشبع كغاز مثالي وأن المحتوى الحراري للتبخير يختلف خطيًا مع درجة الحرارة في النطاق المعتبَر ( الأولي Lv – النهائي Lv = aT).
