Насичені і ненасичені пари

Насичений пар.

При випаровуванні одночасно з переходом молекул з рідини в пару відбувається і зворотний процес. Безладно рухаючись над поверхнею рідини, частина молекул, що покинули її, знову повертається в рідину.

Якщо випаровування відбувається в закритому посуді, то спочатку число молекул, що вилетіли з рідини, буде більше числа молекул, які повернулися назад у рідину. Тому щільність пари в посудині буде поступово збільшуватися. Зі збільшенням щільності пари збільшується і число молекул, що повертаються в рідину. Досить скоро число молекул, що вилітають з рідини, стане рівним числу молекул пари, які повертаються назад у рідину. З цього моменту число молекул пари над рідиною буде постійним. Для води при кімнатній температурі це число дорівнює приблизно 1022 молекул за 1 с на 1 см2 площі поверхні. Настає так зване динамічне рівновагу між парою і рідиною.

Пар, що знаходиться в динамічній рівновазі зі своєю рідиною, називається насиченою парою.

Це означає, що в даному обсязі при даній температурі не може перебувати більшу кількість пара.

При динамічній рівновазі маса рідини в закритій посудині не змінюється, хоча рідина продовжує випаровуватися. Точно так само не змінюється і маса насиченої пари над рідиною, хоча пар продовжує конденсуватися.

Тиск насиченої пари.

При стисненні насиченого пара, температура якого підтримується постійною, рівновагу спочатку почне порушуватися: щільність пара зросте, і внаслідок цього газу в рідину буде переходити більше молекул, ніж з рідини в газ; це триватиме до тих пір, поки концентрація пари в новому обсязі не стане колишньою, відповідної концентрації насиченої пари при даній температурі (і рівновага відновиться). Пояснюється це тим, що число молекул, що залишають рідину за одиницю часу, залежить тільки від температури.

Отже, концентрація молекул насиченого пара при постійній температурі не залежить від його обсягу.

Оскільки тиск газу пропорційно концентрації його молекул, то і тиск насиченої пари не залежить від займаного ним об’єму. Тиск р0, при якому рідина перебуває в рівновазі зі своєю парою, називають тиском насиченої пари.

При стисненні насиченої пари більша його частина переходить у рідкий стан. Рідина займає менший об’єм, ніж пар тієї ж маси. В результаті об’єм пари при незмінній його щільність зменшується.

Залежність тиску насиченої пари від температури.

Для ідеального газу справедлива лінійна залежність тиску від температури при постійному об’ємі. Стосовно до насиченого пару з тиском р0 ця залежність виражається рівнянням:

p0=nkT.

Так як тиск насиченої пари не залежить від об’єму, то, отже, воно залежить тільки від температури.

Експериментально визначена залежність p0(T) відрізняється від залежності (p0=nkT) для ідеального газу.

Молекулярна фізика Насичені і ненасичені пари

Зі збільшенням температури тиск насиченої пари зростає швидше, ніж тиск ідеального газу (ділянка кривої АВ на малюнку). Це стає особливо очевидним, якщо провести изохору через точку A (пунктирна пряма). Відбувається це тому, що при нагріванні рідини частина її перетворюється в пар, і щільність пари зростає. Тому, згідно з формулою (p0=nkT), тиск насиченої пари зростає не тільки в результаті підвищення температури рідини, але і внаслідок збільшення концентрації молекул (щільності) пара. Головна відмінність в поведінці ідеального газу і насиченого пара полягає в зміні маси пари при зміні температури при незмінному обсязі (в закритій посудині) або при зміні обсягу при постійній температурі. З ідеальним газом нічого подібного відбуватися не може (молекулярно-кінетична теорія ідеального газу не передбачає фазового переходу газу в рідину).

Після випаровування всієї рідини поведінка пара буде відповідати поведінки ідеального газу (ділянка ВС кривий на малюнку вище).

Насичений пар.

Якщо в просторі, що містить пари якої-небудь рідини, може відбуватися подальше випаровування рідини, то пара, що знаходиться в цьому просторі, є ненасиченим.

Пар, який не перебуває в стані рівноваги з своєю рідиною, називається ненасиченим.

Ненасичений пар можна простим стисканням перетворити в рідину. Як тільки це перетворення почалося, пар, що знаходиться в рівновазі з рідиною, стає насиченим.

Посилання на основну публікацію