Rozdiel medzi parciálnym tlakom a tlakom pár

Čiastočný tlak a tlak pary sú bežne používané vedecké pojmy týkajúce sa množstva tlaku vyvíjaného komponentmi systému, ale ich identita môže byť pre ostatných mätúca. Existuje jasný rozdiel medzi týmito výrazmi vrátane ich účinkov a identity. Tento článok sa bude viac zaoberať rozdielmi medzi týmito podmienkami. Bude tiež obsahovať niekoľko príkladov na demystifikáciu ich aplikácií.

Začnime zdôraznením pojmu tlak, kým sa môžeme ponoriť do rozlišovania medzi parou a parciálnym tlakom. Tlak je vedecky definovaný ako sila pôsobiaca na jednotku plochy na predmet alebo látku. Môže byť tiež definovaná ako sila pôsobiaca na seba zrážajúce sa častice a často sa meria pomocou Pascala. V prípade zrážok častíc sa na výpočet tlaku použije plynová rovnica a kinetická teória plynov.

Čo je tlak pary?

Tlak pár sa môže aplikovať na kvapalné alebo pevné fázy. Je to tlak vyvíjaný parou v jej termodynamickej rovnováhe na jej kvapalný alebo tuhý stav pri danej teplote v uzavretom systéme, keď sú tak para, ako aj kvapalina (tuhá látka) v kontakte. Tento tlak vzniká v dôsledku odparovania, ktoré je umožnené zvýšeným teplom na pevnej látke alebo kvapaline. Teplota sa teda používa ako miera odparovania a je priamo úmerná tlaku pary. To znamená, že čím vyššia je teplota, tým vyšší je tlak pár.

Počas odparovania molekuly vzduchu unikajú v dôsledku vyššej kinetickej energie do vzduchu v uzavretom systéme. Potom, keď je v rovnováhe, tlak pary vzniká medzi parou a jej kondenzovanou formou kvapaliny (tuhá látka). V roztokoch, kde sú medzimolekulové sily slabšie, má tlak pary tendenciu byť väčší, a naopak, v roztokoch, kde sú medzimolekulové sily silnejšie, je tlak pary nižší..

Tlak pár sa môže vyskytovať aj v ideálnych zmesiach, ako je vysvetlené v Raoultovom zákone. Uvádza sa v ňom, že parciálny tlak pár konkrétnej zložky v kvapalnej alebo tuhej zmesi sa rovná tlaku pary tejto zložky vynásobenému jej molárnou frakciou v tejto zmesi pri danej teplote. Nasledujúci príklad to ilustruje.

Príklad 1.

Pri ideálnej zmesi 0,5 mol. etanol a 1,5 mol. metanol s tlakom pary 30 kPa a 52 kPa, v danom poradí, určujú parciálny tlak pár každej zložky.

Riešenie:

Celkový počet mólov je 1,5 mol + 0,5 mol = 2,0 mol. Podľa Raoultovho zákona sa parciálny tlak pary rovná tlaku pary vynásobenému molárnou frakciou danej zložky. V tomto prípade P_metanol = 1,5 / 2 * 52 = 39 KPa a P_etanol = 0,5/2 x 30 = 7,5 kPa.

Ak máte v zmesi čiastočné tlaky pár, celkový tlak pár môžete získať ich súčtom. V tomto ohľade 7,5 + 39 dáva celkový tlak pary zmesi roztokov etanolu a metanolu 46,5 kPa.

Faktory ovplyvňujúce tlak pary

Identita molekúl

Ako už bolo uvedené vyššie, typy molekulárnych síl určujú množstvo vyvíjaného tlaku pary. Ak sú sily silnejšie, potom sa objaví menší tlak pár a ak je slabší, potom sa zvýši tlak pár. Preto zloženie kvapaliny alebo tuhej látky bude mať vplyv na tlak pary.

teplota

Vyššia teplota vedie k vyššiemu tlaku pár, pretože aktivuje viac kinetickej energie na prerušenie molekulárnych síl, takže molekuly môžu rýchlo uniknúť z povrchu kvapaliny. Keď sa tlak pary (tlak nasýtenej pary) rovná vonkajšiemu tlaku (atmosférický tlak), kvapalina sa začne vrieť. Nižšia teplota bude mať za následok nízky tlak pary a bude chvíľu trvať, kým sa kvapalina uvarí.

Daltonov zákon čiastkových tlakov

Čo je parciálny tlak?

Myšlienku čiastočného tlaku prvýkrát navrhol renomovaný vedec John Dalton. Zrodil sa v ňom zákon čiastkových tlakov, v ktorom sa uvádza, že celkový tlak vyvíjaný ideálnou zmesou plynov sa rovná súčtu čiastkových tlakov jednotlivých plynov. Povedzme, že konkrétna nádoba je naplnená plynným vodíkom, dusíkom a kyslíkom, celkový tlak, P_CELKOM, sa bude rovnať súčtu kyslíka, dusíka a vodíka. Parciálny tlak ktoréhokoľvek plynu v tejto zmesi sa vypočíta vynásobením celkového tlaku molárnou frakciou jednotlivého plynu.

Stručne povedané, parciálny tlak je tlak vyvíjaný konkrétnym plynom v zmesi, akoby pôsobil sám v systéme. Preto pri určovaní parciálneho tlaku jednotlivého plynu ignorujete iné plyny. Táto teória sa dá overiť vstreknutím, povedzme, 0,6 atómu O₂ v 10,0 I nádobe pri 230 K a potom vstreknutím 0,4 Nm₂ v identickej nádobe rovnakej veľkosti pri rovnakej teplote a potom nakoniec skombinujte plyny na meranie celkového tlaku; bude to súčet oboch plynov. To jasne vysvetľuje parciálny tlak jednotlivého plynu v zmesi nereaktívnych plynov.

Výpočet čiastočného tlaku

Na výpočet čiastočného tlaku je absolútny vánok, pretože zákon Daltonovho zákona [1] na tento účel poskytuje ustanovenia. Závisí to od typických poskytnutých informácií. Ak je napríklad celkový tlak daný pre zmes plynov A a B, ako aj pre tlak plynu A, parciálny tlak B sa môže vypočítať pomocou P_CELKOM = P + P_B. Zvyšok sú algebraické manipulácie. Ale v prípade, že je daný iba celkový tlak zmesi, môžete na stanovenie parciálneho tlaku použiť molárnu frakciu plynu B. Molárna frakcia označená X sa dá nájsť vydelením mólov plynu B celkovými mólmi zmesi plynov. Potom, aby ste našli parciálny tlak, vynásobte molárnu frakciu X celkovým tlakom. Nasledujúci príklad to rozvíja.

Príklad 2.

Zmes dusíka a kyslíka s 2,5 mólmi a 1,85 mólmi sa vstriekne do 20,0 I nádoby s celkovým tlakom 4atm; Vypočítajte parciálny tlak, ktorý pôsobí na plynný kyslík.

Riešenie:

Celkový počet mólov v zmesi je 2,5 + 1,85 = 4,35 mólov. Takže molárna frakcia kyslíka, X_o, bude 1,85 mol / 4,35 mol = 0,425 mol. Parciálny tlak kyslíka bude 0,425 * 4atm = 1,7atm. Parciálny tlak zostávajúceho plynu sa môže vypočítať podľa rovnakého prístupu alebo sa môže vypočítať pomocou kyslíka a celkového tlaku, ako je stanovené Daltonovým zákonom o parciálnych tlakoch, že celkový tlak nereaktívnych plynov sa rovná súčtu čiastočné tlaky.

Rozdiel medzi parou a parciálnym tlakom

Z vyššie uvedených vysvetlení je zrejmé, že tlak pár a parciálny tlak sú dva odlišné tlaky. Tlak pár sa aplikuje na kvapalnú a pevnú fázu, zatiaľ čo parciálny tlak sa uplatňuje na plynnú fázu. Tlak pary sa prejaví vo fázovom prechode po tom, čo sa do roztoku pridá dostatočné množstvo tepla, čo vedie k tomu, že jeho molekuly uniknú v uzavretom systéme..

Hlavným rozdielom medzi parciálnym tlakom a tlakom pary je to, že parciálny tlak je tlak vyvíjaný jednotlivým plynom v zmesi, akoby bol v tomto systéme samotný, zatiaľ čo tlak pary sa týka tlaku vyvíjaného parou v jej termodynamickej rovnováhe s jeho kondenzovaný stav kvapaliny alebo tuhej látky. Nasledujúca tabuľka uvádza stručné porovnanie týchto tlakov.

Tlak vodnej pary	Čiastočný tlak
Vyvíja sa kvapalnou alebo pevnou parou v kondenzovanej fáze v rovnováhe	Je vyvíjaný jednotlivými plynmi v nereaktívnej zmesi plynov
Dobre to vysvetlil Raoultov zákon	Dobre to vysvetlil Daltonov zákon
Použiteľné v pevnej a kvapalnej fáze	Uplatniteľné iba v plynných fázach
Nezávisle od povrchovej plochy alebo objemu systému	Vypočítané pomocou plynov v rovnakom objeme
Vypočítané pomocou mólovej frakcie rozpustenej látky	Vypočítané pomocou mólovej frakcie plynu

Zabaliť!

Tlak pár a parciálny tlak sú dva dôležité vedecké pojmy používané pri určovaní účinkov síl pôsobiacich parou a plynmi v danom uzavretom systéme pri konkrétnych teplotách. Ich hlavným rozdielom je oblasť použitia s tlakom pary aplikovaným na kvapalnú alebo tuhú fázu, zatiaľ čo parciálny tlak sa aplikuje na jednotlivý plyn v zmesi ideálnych plynov v danom objeme..

Parciálny tlak sa ľahko vypočíta podľa Daltonovho zákona o parciálnych tlakoch, zatiaľ čo tlak pary sa vypočíta pomocou Raoultovho zákona. V ktorejkoľvek danej zmesi každá zložka plynu vyvinie svoj vlastný tlak, ktorý sa nazýva parciálny tlak nezávislý od iných plynov. A keď zdvojnásobíte móly ktorejkoľvek zložky so zvyšujúcou sa teplotou, zvýšite jej parciálny tlak. Podľa Clausius-Clapeyronovho vzťahu [2] sa tlak pary zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou.

Na základe vyššie uvedených informácií by ste mali byť schopní rozlišovať medzi tlakom pár a parciálnym tlakom. Mali by ste byť schopní vypočítať ich aj pomocou molárnych frakcií a vynásobením celkovým tlakom. Uviedli sme typické príklady na rozpracovanie týchto tlakov.