Buhar basıncı - Vapor pressure

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Sıvı yüzeydeki mikroskobik buharlaşma ve yoğunlaşma süreci.
Buhar basıncı termodinamik denge değerini aşarsa, çekirdeklenme yerlerinin varlığında yoğuşma meydana gelir . Bu ilke, yerli bir bulut odaları , iyonize parçacıklar oluşturmak yoğunlaşma geçerken parça.
Tabanca test tüpü deneyi. Tüp alkol içerir ve bir mantar parçasıyla kapatılmıştır. Alkolün ısıtılmasıyla buharlar boşluğu doldurur ve tüpteki basıncı mantarın dışarı fırladığı noktaya kadar yükseltir.

Buhar basıncı (veya buhar basıncı İngiliz İngilizce ; farklılıkları yazım bakınız ) ya da denge buhar basıncı olarak tanımlanır basınç uyguladığı bir buhar olarak termodinamik denge onun ile kondanse fazlar bir de, belirli bir sıcaklıkta (katı veya sıvı) kapalı bir sistem . Denge buhar basıncı, bir sıvının buharlaşma hızının bir göstergesidir . Parçacıkların sıvıdan (veya bir katıdan) kaçma eğilimi ile ilgilidir. Normal sıcaklıklarda yüksek buhar basıncına sahip bir maddeye genellikle uçucu denir . Sıvı bir yüzey üzerinde bulunan buharın sergilediği basınç, buhar basıncı olarak bilinir. Bir sıvının sıcaklığı arttıkça, moleküllerinin kinetik enerjisi de artar. Moleküllerin kinetik enerjisi arttıkça buhara geçen molekül sayısı da artarak buhar basıncını yükseltir.

Herhangi bir maddenin buhar basıncı Clausius-Clapeyron ilişkisine göre sıcaklıkla doğrusal olmayan bir şekilde artar . Atmosferik basınç kaynama noktası (aynı zamanda, bir sıvının normal kaynama noktası ) buhar basıncı çevre atmosfer basıncına eşit olan sıcaklıktır. Bu sıcaklıkta herhangi bir artan artışla, buhar basıncı, atmosfer basıncının üstesinden gelmek ve sıvıyı, maddenin hacminin içinde buhar kabarcıkları oluşturmak üzere kaldırmak için yeterli hale gelir . Sıvı içinde daha derin kabarcık oluşumu, daha yüksek sıvı basıncı nedeniyle daha yüksek bir sıcaklık gerektirir, çünkü sıvı basıncı, derinlik arttıkça atmosfer basıncının üzerine çıkar. Sığ derinliklerde daha önemli olan, kabarcık oluşumunu başlatmak için gereken daha yüksek sıcaklıktır. Kabarcık duvarının yüzey gerilimi, başlangıçtaki çok küçük kabarcıklarda aşırı basınca yol açar.

Bir karışımdaki tek bir bileşenin sistemdeki toplam basınca katkıda bulunduğu buhar basıncına kısmi basınç denir . Örneğin, deniz seviyesinde ve 20 ° C'de su buharı ile doyurulmuş hava, yaklaşık 2.3 kPa su, 78 kPa nitrojen , 21 kPa oksijen ve 0.9 kPa argon , toplam 102.2 kPa'lık kısmi basınca sahiptir. için standart atmosfer basıncında .

Ölçü ve birimler

Buhar basıncı, standart basınç birimleriyle ölçülür . Uluslararası Birim Sistemi (SI) bir şekilde basıncı kabul edilen birim alan başına kuvvet boyutunda ve belirtmektedir paskal standart birim olarak (Pa). Bir paskal, metrekare başına bir newton'dur (N · m −2 veya kg · m −1 · s −2 ).

Buhar basıncının deneysel ölçümü, 1 ile 200 kPa arasındaki ortak basınçlar için basit bir prosedürdür. Maddelerin kaynama noktasına yakın yerlerde en doğru sonuçlar elde edilir ve 1 kPa'dan küçük ölçümlerde büyük hatalar oluşur . Prosedürler genellikle test maddesinin saflaştırılmasını, bir kapta izole edilmesini, herhangi bir yabancı gazın boşaltılmasını ve ardından kaptaki maddenin gaz halindeki fazının farklı sıcaklıklarda denge basıncının ölçülmesini içerir. Tüm maddenin ve buharının öngörülen sıcaklıkta olmasını sağlamak için özen gösterildiğinde daha iyi doğruluk elde edilir. Bu genellikle, bir izoteniskop kullanımında olduğu gibi , muhafaza alanını sıvı bir banyoya batırarak yapılır.

Katıların çok düşük buhar basınçları, Knudsen efüzyon hücre yöntemi kullanılarak ölçülebilir .

Tıbbi bağlamda, buhar basıncı bazen başka birimlerle, özellikle milimetre cıva (mmHg) olarak ifade edilir . Bu , çoğu vücut sıcaklığında sıvı olan ancak nispeten yüksek buhar basıncına sahip olan uçucu anestetikler için önemlidir .

Antoine denklemi ile buhar basınçlarının tahmin edilmesi

Antoine denklemi buhar basıncı ve saf sıvı ya da katı maddelerin sıcaklığı arasındaki ilişkinin pragmatik matematiksel bir ifadedir. Eğri uydurma ile elde edilir ve buhar basıncının genellikle sıcaklığın bir fonksiyonu olarak arttığı ve içbükey olduğu gerçeğine uyarlanır. Denklemin temel şekli:

ve bu sıcaklığa açık biçime dönüştürülebilir:

nerede:

bir maddenin mutlak buhar basıncıdır
maddenin sıcaklığı
, Ve maddeye özgü katsayıları (yani, sabit veya parametreleridir)
tipik olarak ya ya da

Sadece iki katsayılı denklemin daha basit bir biçimi bazen kullanılır:

hangisine dönüştürülebilir:

Aynı maddenin süblimasyonları ve buharlaşmaları, karışımlardaki bileşenler gibi ayrı Antoine katsayı setlerine sahiptir. Belirli bir bileşik için her parametre seti yalnızca belirli bir sıcaklık aralığında uygulanabilir. Genel olarak sıcaklık aralıkları, denklemin birkaç yüzde 8-10 oranında doğruluğunu korumak için seçilir. Birçok uçucu madde için, birkaç farklı parametre seti mevcuttur ve farklı sıcaklık aralıkları için kullanılır. Antoine denklemi, bir bileşiğin erime noktasından kritik sıcaklığına kadar kullanıldığında herhangi bir tek parametre setiyle zayıf bir doğruluğa sahiptir. Ayrıca, Antoine parametre değerlerini oluşturmak için kullanılan aparatın sınırlamaları nedeniyle, buhar basıncı 10 Torr'un altında olduğunda doğruluk genellikle zayıftır.

Wagner denklemi deneysel verilere "en iyilerden birini" verir ancak oldukça karmaşıktır. Düşürülmüş sıcaklığın bir fonksiyonu olarak düşük buhar basıncını ifade eder.

Sıvıların kaynama noktasıyla ilişkisi

Çeşitli sıvılar için log-lin buhar basıncı tablosu

Genel bir eğilim olarak, sıvıların ortam sıcaklıklarındaki buhar basınçları, azalan kaynama noktaları ile artar. Bu, çeşitli sıvılar için sıcaklıklara karşı buhar basınçlarının grafiklerini gösteren buhar basıncı çizelgesinde (sağa bakın) gösterilmiştir . Bir sıvının normal kaynama noktasında, buhar basıncı 1 atmosfer, 760   Torr, 101.325   kPa veya 14.69595   psi olarak tanımlanan standart atmosferik basınca eşittir .

Örneğin, herhangi bir sıcaklıkta, metil klorür tablodaki sıvıların herhangi biri arasında en yüksek buhar basıncına sahiptir. Aynı zamanda en düşük normal kaynama noktasına (-24,2 ° C) sahiptir; bu, metil klorürün buhar basıncı eğrisinin (mavi çizgi) mutlak buhar basıncının bir atmosferinin ( atm ) yatay basınç çizgisiyle kesiştiği yerdir .

Buhar basıncı ve sıcaklık arasındaki ilişki doğrusal olmasa da, grafik hafif eğimli çizgiler oluşturmak için logaritmik dikey eksen kullanır, bu nedenle bir grafik birçok sıvının grafiğini çizebilir. Buhar basıncının logaritması 1 / (T + 230) 'a karşı çizildiğinde neredeyse düz bir çizgi elde edilir, burada T, Santigrat derece cinsinden sıcaklıktır. Kaynama noktasındaki bir sıvının buhar basıncı, çevresindeki ortamın basıncına eşittir.

Sıvı karışımlar: Raoult yasası

Raoult yasası , sıvı karışımlarının buhar basıncına bir yaklaşım verir. Tek fazlı bir karışımın aktivitesinin (basınç veya kaçaklığın ), bileşenlerin buhar basınçlarının mol-fraksiyon ağırlıklı toplamına eşit olduğunu belirtir:

burada karışımın buhar basıncı, bir mol fraksiyon bileşeninin , sıvı fazda ve bir mol fraksiyonu bileşeninin , sırasıyla, buhar fazında. bileşenin buhar basıncıdır . Raoult yasası yalnızca elektrolit olmayanlar (yüksüz türler) için geçerlidir; sadece zayıf moleküller arası çekimlere sahip polar olmayan moleküller için en uygun olanıdır ( Londra kuvvetleri gibi ).

Yukarıdaki formülde belirtilenden daha yüksek buhar basıncına sahip sistemlerin pozitif sapmalara sahip olduğu söylenir. Böyle bir sapma, moleküller arası çekiciliği saf bileşenlere göre daha zayıf gösterir, böylece moleküllerin sıvı fazda saf sıvıdakinden daha az güçlü "tutulduğu" düşünülebilir. Bir örnek, yaklaşık% 95 etanol ve suyun azeotropudur . Azeotropun buhar basıncı Raoult yasasının öngördüğünden daha yüksek olduğu için, her iki saf bileşenin de altında bir sıcaklıkta kaynar.

Beklenenden daha düşük buhar basıncına sahip negatif sapmalara sahip sistemler de vardır. Böyle bir sapma, karışımın bileşenleri arasında, saf bileşenlerde bulunandan daha güçlü moleküller arası çekimin kanıtıdır. Bu nedenle moleküller, ikinci bir molekül mevcut olduğunda sıvıda daha güçlü bir şekilde "tutulur". Bir örnek, herhangi bir saf bileşenin kaynama noktasının üzerinde kaynayan bir triklorometan (kloroform) ve 2-propanon (aseton) karışımıdır.

Negatif ve pozitif sapmalar , karışım bileşenlerinin termodinamik aktivite katsayılarını belirlemek için kullanılabilir .

Katılar

Sıvı ve katı benzenin buhar basıncı

Denge buhar basıncı, yoğunlaşmış bir faz kendi buharı ile dengede olduğunda ulaşılan basınç olarak tanımlanabilir. Kristal gibi bir denge katısı durumunda , bu, bir katının süblimleşme hızı, buhar fazının birikme hızı ile eşleştiğinde oluşan basınç olarak tanımlanabilir . Çoğu katı madde için bu basınç çok düşüktür, ancak bazı önemli istisnalar naftalin , kuru buzdur ( kuru buzun buhar basıncı 20 ° C'de 5,73 MPa'dır (831 psi, 56,5 atm), bu da çoğu kapalı kapların yırtılmasına neden olur) ve buz. Tüm katı malzemelerin bir buhar basıncı vardır. Bununla birlikte, genellikle çok düşük değerlerinden dolayı, ölçüm oldukça zor olabilir. Tipik teknikler arasında termogravimetri ve gaz terlemesi yer alır.

Bir katının süblimasyon basıncını (yani buhar basıncını) hesaplamak için birkaç yöntem vardır. Bir yöntem, Clausius-Clapeyron ilişkisinin bu özel biçimini kullanarak , eğer füzyon ısısı biliniyorsa, ekstrapole edilmiş sıvı buhar basınçlarından (aşırı soğutulmuş sıvının) süblimasyon basıncını tahmin etmektir :

nerede:

  • katı bileşenin sıcaklıktaki süblimasyon basıncıdır .
  • sıcaklıkta sıvı bileşenin tahmini buhar basıncıdır .
  • füzyon ısısıdır.
  • bir gaz sabiti .
  • süblimasyon sıcaklığıdır.
  • erime noktası sıcaklığıdır.

Bu yöntem, füzyon ısısının sıcaklıktan bağımsız olduğunu varsayar, farklı katı fazlar arasındaki ek geçiş sıcaklıklarını göz ardı eder ve erime noktasından çok uzak olmayan sıcaklıklar için makul bir tahmin verir. Ayrıca, süblimasyon basıncının ekstrapole edilmiş sıvı buhar basıncından (lower fus H > 0) daha düşük olduğunu ve erime noktasından uzaklaştıkça farkın arttığını gösterir.

Suyun kaynama noktası

Su buharı basıncının sıcaklığa karşı grafiği. 100   ° C'lik normal kaynama noktasında , 760
Torr veya 101.325 kPa'lık standart atmosferik basınca eşittir .   

Tüm sıvılar gibi su, buhar basıncı çevresindeki basınca ulaştığında kaynar. Doğada, atmosferik basınç yüksek rakımlarda daha düşüktür ve su daha düşük bir sıcaklıkta kaynar. Atmosferik basınçlar için suyun kaynama sıcaklığı, Antoine denklemi ile tahmin edilebilir :

veya bu sıcaklığa açık biçime dönüştürülür:

burada sıcaklık dereceleri de kaynama noktası olan Celsius ve basınç olan Torr .

Dühring kuralı

Dühring'in kuralı, iki çözeltinin aynı buhar basıncını uyguladığı sıcaklıklar arasında doğrusal bir ilişki olduğunu belirtir.

Örnekler

Aşağıdaki tablo, buhar basıncını artırarak (mutlak birim olarak) sıralanan çeşitli maddelerin bir listesidir.

Madde Buhar basıncı Sıcaklık
(° C)
(Pa) (bar) (mmHg)
Tungsten 100 Pa 0.001 0.75 3203
Ksenon diflorür 600 Pa 0.006 4,50 25
Su (H 2 O) 2,3 kPa 0.023 17.5 20
Propanol 2,4 kPa 0.024 18.0 20
Metil izobutil keton 2,66 kPa 0,0266 19.95 25
Etanol 5,83 kPa 0.0583 43.7 20
Freon 113 37,9 kPa 0.379 284 20
Asetaldehit 98,7 kPa 0.987 740 20
Bütan 220 kPa 2.2 1650 20
Formaldehit 435,7 kPa 4.357 3268 20
Propan 997,8 kPa 9.978 7584 26.85
Karbonil sülfür 1,255 MPa 12.55 9412 25
Azot oksit 5.660 MPa 56,60 42453 25
Karbon dioksit 5,7 MPa 57 42753 20

Moleküler yapıdan buhar basıncının tahmin edilmesi

Organik moleküller için moleküler yapıdan buhar basıncını tahmin etmek için birkaç deneysel yöntem mevcuttur. Bazı örnekler SIMPOL.1 yöntemi, Moller ve diğerlerinin yöntemi ve BUHARLAŞTIRMA (ORganiklerin buhar basıncının tahmini, Sıcaklığın Hesaplanması, Molekül İçi ve Toplamsal Olmayan Etkiler) 'dir.

Meteorolojide anlamı

Gelen meteoroloji terimi buhar basıncı kısmi basıncının ifade etmek için kullanılır , su buharı , denge içinde olmasa bile, bir atmosferde ve denge buhar basıncı , aksi belirtilir. Meteorologlar ayrıca , düz bir yüzeyin üzerindeki su veya tuzlu suyun denge buhar basıncını ifade etmek için , onu atmosferdeki su damlacıklarının ve parçacıkların şeklini ve boyutunu dikkate alan denge buhar basıncından ayırmak için doyma buhar basıncı terimini kullanırlar .

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar