Parcijalni tlak i tlak pare
Parcijalni tlak i tlak pare obično se koriste znanstvenim pojmovima koji se odnose na količinu pritiska koju djeluju komponente sustava, ali njihov identitet može biti zbunjujući za druge. Postoji jasna razlika između tih pojmova, uključujući njihove učinke i identitet. Ovaj će članak detaljnije razraditi razlike između ovih pojmova. Također će uključivati i neke primjere za demistifikaciju njihovih primjena.
Neka počnemo naglasiti koncept pritiska prije nego što možemo probiti u razliku između para i parcijalnog tlaka. Pritisak je znanstveno definiran kao sila primijenjena po jedinici površine na objektu ili tvari. Može se također definirati kao sila koju čestice sudaraju jedna na drugu i često se mjere pomoću Pascala. U slučaju sudara čestica, plinska jednadžba i kinetička teorija plinova se koriste za izračunavanje tlaka.
Što je pritisak pare?
Tlak pare može se primijeniti na tekuće ili krute faze. To je pritisak koji vrši parom u svojoj termodinamičkoj ravnoteži na tekućem ili krutom stanju pri određenoj temperaturi u zatvorenom sustavu kada su i para i tekućina (čvrsti) u kontaktu. Taj pritisak proizlazi kao rezultat isparavanja, što je omogućeno povećanom toplinom na krutom ili tekućem. Stoga se temperatura upotrebljava kao mjera isparavanja i izravno je proporcionalna tlaku pare. To znači, što je viša temperatura, to je veći tlak pare.
Tijekom isparavanja, molekule zraka izbjegavaju kao posljedica veće kinetičke energije u zrak u zatvorenom sustavu. Tada kada je u ravnoteži, tlak pare nastaje između pare i kondenziranog oblika tekućine (čvrste). U rješenjima gdje su intermolekularne sile slabije, tlak pare je veći, a obrnuto, u otopinama gdje su intermolekularne sile jače, tlak para je manji.
Tlak pare može se također pojaviti u idealnim smjesama kao što je objašnjeno u Zakonu o Raoultu. Navodi se da je parcijalni tlak para određene komponente u tekućoj ili krutoj smjesi jednak tlaku pare te komponente pomnožen s njegovim molarnim udjelom u toj mješavini pri određenoj temperaturi. Primjer u nastavku će ilustrirati to.
Primjer 1.
S obzirom na idealnu smjesu od 0,5 mol. etanol i 1,5 mol. metanol s tlakom pare od 30KPa i 52KPa, odrediti parcijalni parni tlak svake komponente.
Riješenje:
Ukupni broj molova je 1.5mol + 0.5mol = 2.0mol. Prema Raoultovom Zakonu, parcijalni tlak pare jednak je tlaku pare koji se množi molarnom frakcijom te određene komponente. U ovom slučaju, Pmetanol = 1,5 / 2 * 52 = 39KPa i Petanol = 0,5 / 2 * 30 = 7,5KPa.
Kada imate parcijalne pritiske pare komponenata u smjesi, možete dobiti ukupni tlak pare dodavanjem ih zajedno. U tom smislu, 7.5 + 39 daje ukupni pritisak pare od 46.5 kPa smjese etanola i metanolnih otopina.
Čimbenici koji utječu na tlak pare
Identitet molekula
Kao što je gore već spomenuto, vrste molekularnih sila određuju količinu tlaka pare koju treba izvršiti. Ako su snage jače, tada nastaje manji tlak pare, a ako je slabiji, tada nastaje veći pritisak pare. Zbog toga će sastav tekućine ili krute tvari utjecati na tlak pare.
Temperatura
Viša temperatura dovodi do većeg tlaka pare jer aktivira više kinetičke energije kako bi prekinuo molekularne sile tako da molekule brzo mogu izbjeći tekuću površinu. Kada je tlak pare (zasićeni tlak pare) jednak vanjskom tlaku (atmosferski tlak) tekućina će početi kuhati. Niža temperatura će rezultirati niskim tlakom pare i to će potrajati vrijeme da tekućina kuhati.
Daltonov zakon djelomičnih pritisaka
Što je parcijalni pritisak?
Ideju djelomičnog pritiska najprije je predložio poznati znanstvenik John Dalton. On je stvorio svoj Zakon o parcijalnim tlakovima koji navodi da je ukupni pritisak koji vrši idealna mješavina plinova jednak zbroju parcijalnih pritisaka pojedinih plinova. Recimo da je određeni spremnik napunjen vodikovim, dušikovim i kisikovim plinovima, ukupnim tlakom, PUKUPNO, bit će jednak zbroju kisika, dušika i vodika. Parcijalni tlak bilo kojeg plina u toj mješavini izračunava se množenjem ukupnog tlaka pomoću molarne frakcije pojedinačnog plina.
Ukratko, parcijalni tlak je pritisak pojedinog plina u smjesi kao da djeluje sam u sustavu. Zato ignorirate druge plinove pri određivanju parcijalnog tlaka pojedinog plina. Ta se teorija može potvrditi ubrizgavanjem, recimo, 0,6m O O2 u spremniku od 10,0 litara na 230 K i zatim ubrizgavanjem 0,4 Nm2 u identičnom spremniku iste veličine pri istoj temperaturi, a zatim u konačnici kombiniraju plinove za mjerenje ukupnog tlaka; to će biti zbroj dvaju plinova. To jasno objašnjava parcijalni tlak pojedinog plina u smjesi ne-reaktivnih plinova.
Izračunavanje parcijalnog tlaka
Izračunavanje parcijalnog tlaka je apsolutni povjetarac budući da Daltonov zakon [1] osigurava odredbe za to. Ovisno o tipičnim informacijama.Ako se, na primjer, daje ukupni tlak za smjesu plina A i B, kao i tlak plina A, parcijalni tlak B može se izračunati pomoću PUKUPNO = P + PB, Ostatak je algebarska manipulacija. Ali u slučaju kada je dan samo ukupni tlak mješavine, molarna frakcija plina B može se koristiti za određivanje parcijalnog tlaka. Molarna frakcija, označena s X, može se naći dijeljenjem mola plina B s ukupnim moli plinske smjese. Zatim, da biste pronašli parcijalni tlak, množite molarnu frakciju X, ukupnim tlakom. Primjer u nastavku razrađuje to.
Primjer 2.
Smjesa dušika i kisika, s 2,5 mola i 1,85 mola, ubrizgava se u spremnik od 20,0 l s ukupnim tlakom od 4 m; izračunati parcijalni pritisak koji se provodi pomoću kisikovog plina.
Riješenje:
Ukupni broj molova u smjesi je 2,5 + 1,85 = 4,35 mola. Tako molarna frakcija kisika, Xo, bit će 1,85 mola / 4,35 mola = 0,425 mola. Parcijalni tlak kisika će biti 0,425 x 4 um = 1,7 um. Parcijalni tlak preostalog plina može se izračunati prema istom pristupu ili se može izračunati korištenjem plina za kisik i ukupnim tlakom koji je elaboriran Daltonovim zakonom djelomičnih tlaka da je ukupni tlak ne-reaktivni plinovi jednaki zbroju parcijalni pritisci.
Razlika između para i parcijalnog tlaka
Iz gornjih objašnjenja, vidljivo je da su tlak pare i parcijalni tlak dva različita tlaka. Tlak pare primjenjuje se na tekućim i čvrstim fazama dok se parcijalni pritisak primjenjuje na plinovitu fazu. Tlak pare se vrši u faznom prijelazu nakon što se otopini dovede dovoljno topline, što dovodi do njegovih molekula da pobjegnu u zatvorenom sustavu.
Glavna razlika između parcijalnog tlaka i tlaka pare je da je parcijalni tlak pritisak pojedinog plina u smjesi kao da je sam u tom sustavu, a tlak para se odnosi na pritisak koji je isparavala u termodinamičkoj ravnoteži s njegovo kondenzirano stanje tekućine ili krute tvari. Tablica u nastavku daje kratku usporedbu tih pritisaka.
| Tlak pare | Djelomični tlak |
| To se postiže tekućinom ili čvrstu paru na kondenziranoj fazi u ravnoteži | Pojedinačni plin djeluje u ne-reaktivnoj plinskoj smjesi |
| Dobro objašnjeno Raoultovim zakonom | Pa objasnio je Daltonov zakon |
| Primjenjivo u čvrstim i tekućim fazama | Primjenjivo samo u plinovitim fazama |
| Neovisno o površini ili volumenu sustava | Izračunati pomoću plinova u istom volumenu |
| Izračunato upotrebom mole frakcije otopljene tvari | Izračunato upotrebom molnog dijela plina |
Zamotati!
Tlak pare i parcijalni tlak su dva važna znanstvena izraza koji se koriste pri određivanju efekata sila koje se primjenjuju pare i plinovi, respektivno, u danom zatvorenom sustavu na određenim temperaturama. Njihova glavna razlika je područje primjene s tlakom pare koji se primjenjuje na tekuće ili krute faze, dok se parcijalni tlak primjenjuje na pojedinačni plin u smjesi idealanih plinova u određenom volumenu.
Parcijalni tlak lako se izračunava slijedeći Daltonov zakon o parcijalnim tlakovima, dok se tlak para izračunava primjenom Raoultovog zakona. U bilo kojoj mješavini, svaka plinska komponenta vrši vlastiti tlak, koji se naziva parcijalni tlak neovisno o drugim plinovima. A kad udvostrujete mole bilo koje komponente s preostalim temperaturama, povećat ćete njegov parcijalni pritisak. Prema Clausius-Clapeyron relaciji [2], tlak para povećava se kada se temperatura povećava.
S gore navedenim informacijama, trebali biste moći razlikovati tlak pare i parcijalni tlak. Također biste ih trebali moći izračunati pomoću molarnih frakcija i množenjem ukupnim tlakom. Dali smo vam tipične primjere kako bismo razradili primjenu ovih pritisaka.
