Sự khác biệt giữa áp suất riêng phần và áp suất hơi
Share
Áp suất một phần và áp suất hơi là các thuật ngữ khoa học thường được sử dụng liên quan đến lượng áp lực gây ra bởi các thành phần hệ thống, nhưng danh tính của chúng có thể gây nhầm lẫn cho người khác. Có một sự phân biệt rõ ràng giữa các điều khoản này bao gồm cả hiệu ứng và bản sắc của chúng. Bài viết này sẽ giải thích chi tiết hơn về sự khác biệt giữa các điều khoản này. Nó cũng sẽ bao gồm một số ví dụ để làm sáng tỏ các ứng dụng của chúng.
Hãy bắt đầu bằng cách làm nổi bật khái niệm áp suất trước khi chúng ta có thể đi sâu vào sự phân biệt giữa áp suất hơi và áp suất riêng phần. Áp lực được định nghĩa một cách khoa học là lực tác dụng trên một đơn vị diện tích lên một vật hoặc một chất. Nó cũng có thể được định nghĩa là lực tác dụng của các hạt va chạm vào nhau và nó thường được đo bằng Pascal. Trong trường hợp va chạm của các hạt, phương trình khí và lý thuyết động học của khí được sử dụng để tính áp suất.
Áp suất hơi là gì?
Áp suất hơi có thể áp dụng cho các pha lỏng hoặc rắn. Đó là áp suất do hơi ở trạng thái cân bằng nhiệt động của nó ở trạng thái lỏng hoặc rắn ở nhiệt độ nhất định trong một hệ kín khi cả hơi và chất lỏng (rắn) tiếp xúc. Áp suất này phát sinh là kết quả của sự hóa hơi, được kích hoạt bởi sự gia tăng nhiệt trên chất rắn hoặc chất lỏng. Do đó, nhiệt độ được sử dụng làm thước đo độ hóa hơi và tỷ lệ thuận với áp suất hơi. Điều này có nghĩa, nhiệt độ càng cao thì áp suất hơi càng cao.
Trong quá trình hóa hơi, các phân tử không khí thoát ra do kết quả của động năng cao hơn với không khí trong một hệ kín. Sau đó khi ở trạng thái cân bằng, áp suất hơi phát sinh giữa hơi và dạng ngưng tụ của chất lỏng (rắn). Trong các giải pháp mà lực liên phân tử yếu hơn, áp suất hơi có xu hướng nhiều hơn và ngược lại, trong các giải pháp mà lực liên phân tử mạnh hơn, áp suất hơi ít hơn.
Áp suất hơi cũng có thể xảy ra trong các hỗn hợp lý tưởng như được giải thích bởi Luật Raoult. Nó nói rằng áp suất hơi một phần của một thành phần cụ thể trong hỗn hợp lỏng hoặc rắn bằng với áp suất hơi của thành phần đó nhân với phần mol của nó trong hỗn hợp đó ở nhiệt độ nhất định. Ví dụ dưới đây sẽ minh họa rằng.
ví dụ 1.
Cho một hỗn hợp lý tưởng 0,5 mol. etanol và 1,5 mol. metanol với áp suất hơi lần lượt là 30KPa và 52KPa, xác định áp suất hơi từng phần của từng thành phần.
Giải pháp:
Tổng số mol là 1,5mol + 0,5mol = 2,0mol. Theo định luật Raoult, áp suất hơi một phần bằng với áp suất hơi nhân với phần mol của thành phần cụ thể đó. Trong trường hợp này, Pmetanol = 1,5 / 2 * 52 = 39KPa và Pethanol = 0,5 / 2 * 30 = 7,5KPa.
Khi bạn có áp suất hơi một phần của các thành phần trong hỗn hợp, bạn có thể có được tổng áp suất hơi bằng cách thêm chúng lại với nhau. Về vấn đề này, 7.5 + 39 cho tổng áp suất hơi 46,5KPa của hỗn hợp dung dịch ethanol và metanol.
Các yếu tố ảnh hưởng đến áp suất hơi
Nhận dạng phân tử
Như đã đề cập ở trên, các loại lực phân tử xác định lượng áp suất hơi sẽ tác dụng. Nếu các lực mạnh hơn, thì áp suất hơi sẽ xuất hiện ít hơn và nếu yếu hơn thì sẽ xuất hiện nhiều áp suất hơi hơn. Do đó, thành phần của chất lỏng hoặc chất rắn sẽ ảnh hưởng đến áp suất hơi.
Nhiệt độ
Nhiệt độ cao hơn dẫn đến áp suất hơi cao hơn vì nó kích hoạt nhiều động năng hơn để phá vỡ các lực phân tử để các phân tử có thể thoát khỏi bề mặt chất lỏng một cách nhanh chóng. Khi áp suất hơi (áp suất hơi bão hòa) bằng với áp suất bên ngoài (áp suất khí quyển), chất lỏng sẽ bắt đầu sôi. Nhiệt độ thấp hơn sẽ dẫn đến áp suất hơi thấp và sẽ mất thời gian để chất lỏng sôi.
Luật áp lực từng phần của Dalton
Áp suất riêng phần là gì?
Ý tưởng về áp lực một phần được đề xuất đầu tiên bởi nhà khoa học nổi tiếng John Dalton. Nó đã sinh ra Luật áp lực từng phần của ông, quy định rằng tổng áp suất tác động bởi một hỗn hợp khí lý tưởng bằng tổng áp lực riêng của các khí riêng lẻ. Giả sử một thùng chứa cụ thể chứa đầy khí Hydrogen, Nitơ và Oxy, tổng áp suất, PTOÀN BỘ, sẽ bằng tổng oxy, nitơ và hydro. Áp suất riêng phần của bất kỳ khí nào trong hỗn hợp đó được tính bằng cách nhân tổng áp suất với phần mol của khí riêng.
Tóm lại, áp suất riêng phần là áp suất tác động bởi một loại khí cụ thể trong hỗn hợp như thể nó hoạt động một mình trong hệ thống. Do đó, bạn bỏ qua các loại khí khác khi xác định áp suất riêng phần của một loại khí riêng lẻ. Lý thuyết này có thể được xác minh bằng cách tiêm, giả sử, 0,6atm O2 trong bình chứa 10,0 L ở mức 230K và sau đó tiêm 0,4atm N2 trong một bình chứa giống hệt nhau có cùng kích thước ở cùng nhiệt độ, và cuối cùng kết hợp các khí để đo tổng áp suất; nó sẽ là tổng của hai khí. Điều này giải thích rõ ràng áp suất riêng phần của một loại khí riêng lẻ trong hỗn hợp khí không phản ứng.
Tính áp suất riêng phần
Để tính áp lực một phần là một làn gió tuyệt đối vì luật của Dalton [1] cung cấp các điều khoản cho điều đó. Nó sẽ phụ thuộc vào thông tin điển hình được cung cấp. Ví dụ, nếu tổng áp suất được đưa ra cho hỗn hợp khí A và B cũng như áp suất của khí A, áp suất riêng phần của B có thể được tính bằng cách sử dụng PTOÀN BỘ = PMột + PB. Phần còn lại là các thao tác đại số. Nhưng trong trường hợp chỉ áp dụng tổng áp suất của hỗn hợp, bạn có thể sử dụng phần mol của khí B để xác định là áp suất riêng phần. Phần mol, ký hiệu là X, có thể được tìm thấy bằng cách chia số mol khí B cho tổng số mol của hỗn hợp khí. Sau đó, để tìm áp suất riêng phần, bạn sẽ nhân phần mol, X, với tổng áp suất. Ví dụ dưới đây giải thích rằng.
Ví dụ 2.
Một hỗn hợp Nitơ và Oxy, với 2,5 mol và 1,85 mol, tương ứng, được bơm vào một bình chứa 20,0L với tổng áp suất 4atm; tính áp suất riêng phần của khí Oxy.
Giải pháp:
Tổng số mol trong hỗn hợp là 2,5 + 1,85 = 4,35 mol. Vậy phần mol của Oxy, Xo, sẽ là 1,85 mol / 4,35 mol = 0,425 mol. Áp suất riêng phần của Oxy sẽ là 0,425 * 4atm = 1,7atm. Áp suất riêng phần của khí còn lại có thể được tính theo cách tiếp cận tương tự hoặc có thể được tính bằng cách sử dụng khí Oxy và tổng áp suất được xây dựng theo định luật áp lực từng phần của Dalton rằng tổng áp suất của khí không phản ứng bằng tổng áp lực cục bộ.
Sự khác biệt giữa hơi và áp suất riêng phần
Từ những giải thích trên, rõ ràng áp suất hơi và áp suất riêng phần là hai áp lực riêng biệt. Áp suất hơi áp dụng cho các pha lỏng và rắn trong khi áp suất riêng phần áp dụng cho pha khí. Áp suất hơi được tạo ra trong quá trình chuyển pha sau khi đã thêm nhiệt vào dung dịch, do đó dẫn đến các phân tử của nó thoát ra trong một hệ thống kín.
Sự khác biệt chính giữa áp suất riêng phần và áp suất hơi là áp suất riêng phần là áp suất được tạo ra bởi một loại khí riêng lẻ trong một hỗn hợp như thể nó ở một mình trong hệ thống đó, trong khi áp suất hơi liên quan đến áp suất của hơi trong trạng thái cân bằng nhiệt động của nó với trạng thái ngưng tụ của chất lỏng hoặc rắn. Bảng dưới đây đưa ra một so sánh ngắn gọn về những áp lực này.
| Áp suất hơi | Áp lực bán phần |
| Nó được tác dụng bởi hơi lỏng hoặc hơi rắn trên pha cô đặc của nó ở trạng thái cân bằng | Nó được tác dụng bởi các khí riêng lẻ trong hỗn hợp khí không phản ứng |
| Giải thích rõ ràng bởi Luật Raoult | Giải thích rõ ràng bởi Luật Dalton |
| Áp dụng trong các pha rắn và lỏng | Chỉ áp dụng trong các pha khí |
| Không phụ thuộc vào diện tích bề mặt hoặc thể tích của hệ thống | Tính toán sử dụng các khí trong cùng một thể tích |
| Tính bằng phần mol của chất tan | Tính bằng phần mol của khí |
Gói (lại!
Áp suất hơi và áp suất riêng phần là hai thuật ngữ khoa học quan trọng được sử dụng để xác định ảnh hưởng của các lực được áp dụng bởi hơi và khí, tương ứng, trong hệ thống kín nhất định ở nhiệt độ cụ thể. Sự khác biệt chính của chúng là khu vực ứng dụng với áp suất hơi áp dụng trên các pha lỏng hoặc rắn, trong khi đó áp suất riêng phần được áp dụng cho một khí riêng lẻ trong hỗn hợp khí lý tưởng trong một thể tích nhất định.
Áp suất riêng phần được tính toán dễ dàng bằng cách tuân theo Định luật áp lực từng phần của Dalton, trong khi áp suất hơi được tính bằng cách áp dụng Định luật Raoult. Trong bất kỳ hỗn hợp nào, mỗi thành phần khí đều tạo áp suất riêng, được gọi là áp suất riêng phần độc lập với các khí khác. Và khi bạn nhân đôi số mol của bất kỳ thành phần nào với nhiệt độ không đổi, bạn sẽ tăng áp suất riêng phần của nó. Theo mối quan hệ Clausius-Clapeyron [2], áp suất hơi tăng khi nhiệt độ tăng.
Với thông tin đã nói ở trên, bạn sẽ có thể phân biệt giữa áp suất hơi và áp suất riêng phần. Bạn cũng có thể tính toán chúng bằng cách sử dụng phân số mol và nhân với tổng áp suất. Chúng tôi đã đưa ra cho bạn những ví dụ điển hình để giải thích về việc áp dụng những áp lực này.
