Плотность насыщенного пара
Плотность насыщенного пара и другие его физические свойства
Процесс образования пара из жидкой или твердой фазы называют парообразованием. В случае, если пар образует противоположным путем, то процесс носит название конденсация.
Пар можно рассматривать как идеальный газ, если он находится в условиях низкого давления и высокой температуры. Практически в 99 случаев из 100, при употреблении слова «пар» понимают или имеют ввиду водяной пар, во всех остальных случаях обычно имеется уточнение.
Различают два вида состояний пара химических соединений, не содержащих примесные компоненты:
— пар ненасыщенный, т.е. пар, который пока не находится в состоянии динамического равновесия с жидкостью. Если на поверхности жидкости находится ненасыщенный пар, то процесс парообразования преобладает над процессом конденсации. Именно поэтомув данном случае объем жидкости в сосуде будет постепенно уменьшаться.
— пар насыщенный, т.е. пар, который находится в динамическом равновесии с жидкостью, что по-простому означает следующее: ни один из процессов – парообразование или конденсация не преобладает один над другим. Если объем фиксирован, а температура одинакова в двух случаях, тов данном сосуде не будет находиться больше пара, чем изначально. Данное равновесие можно нарушить, если сжимать пар, находящийся над жидкостью при помощи поршня: конденсация станет преобладать над парообразованием. Стоит помнить, что данный процесс – явление временное и он будет продолжаться до тех пор, пока динамическое равновесие снова не установится.
Время установления динамического равновесия между паром и жидкостью значительно зависит от плотности пара, что связано с различием сил межмолекулярного взаимодействия.
Зависимость изменения плотности, а также других физических характеристик водяного пара (насыщенный) от температуры приведены в таблице:
|
Температура, oС |
Плотность, кг/м3 |
Давление (абсолютное), кгс/см2 |
Удельный объем, м3/кг |
|
0 |
0,00484 |
0,0062 |
206,5 |
|
20 |
0,01729 |
0,0238 |
57,8 |
|
40 |
0,05114 |
0,0752 |
19,55 |
|
60 |
0,1301 |
0,2031 |
7,687 |
|
80 |
0,2929 |
0,483 |
3,414 |
|
100 |
0,5970 |
1,033 |
1,675 |
Примеры решения задач
| Задание | Вычислите плотность а) по кислороду; б) по азоту; в) по воздуху следующих газов: фтористого бора BF3 и оксида азота (V). |
| Решение | Для того, чтобы вычислить относительную плотность одного газа по другому, надо относительную молекулярную массу первого газа разделить на относительную молекулярную массу второго газа.
Относительную молекулярную массу воздуха принимают равной 29 (с учетом содержания в воздухе азота, кислорода и других газов). Следует отметить, что понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух – это смесь газов. Mr(BF3) = Ar(B) + 3 ×Ar(F) = 11 + 3 ×19 = 11 + 57 = 68. Dair(BF3) = Mr(BF3) / Mr(air) = 68 / 29 = 2,345; DO2(BF3) = Mr(BF3) / Mr(O2) = 68 / 32 = 0,875; DN2(BF3) = Mr(BF3) / Mr(N2) = 68 / 28 = 1. Mr(O2) = 2 ×Ar(O) = 2 × 16 = 32. Mr(N2) = 2 ×Ar(N) = 2 × 14 = 28. Mr(N2O5) = 2 ×Ar(N) + 5 ×Ar(O) = 2 ×14 + 5 ×16 = 28 + 80 = 108. Dair(N2O5) = Mr(N2O5) / Mr(air) = 108 / 29 = 3,724; DO2(N2O5) = Mr(N2O5) / Mr(O2) = 108 / 32 = 3,375; DN2(N2O5) = Mr(N2O5) / Mr(N2) = 108 / 28 = 3,857. |
| Ответ | Плотности фтористого бора по воздуху, кислороду и азоту соответственно равны 2,345, 0,875 и 1; плотности оксида азота (V) по воздуху, кислороду и азоту соответственно равны 3,724, 3,375 и 3,857. |
| Задание | Вычислите плотность а) по кислороду; б) по азоту; в) по воздуху следующих газов: оксида углерода (IV) и бромоводорода HBr. |
| Решение | Для того, чтобы вычислить относительную плотность одного газа по другому, надо относительную молекулярную массу первого газа разделить на относительную молекулярную массу второго газа.
Относительную молекулярную массу воздуха принимают равной 29 (с учетом содержания в воздухе азота, кислорода и других газов). Следует отметить, что понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух – это смесь газов. Mr(HBr) = Ar(H) + Ar(Br) = 1 + 80 = 81. Dair(HBr) = Mr(HBr) / Mr(air) = 81 / 29 = 2,7931; DO2(HBr) = Mr(HBr) / Mr(O2) = 81 / 32 = 2,5313; DN2(HBr) = Mr(HBr) / Mr(N2) = 81 / 28 = 2,8929. Mr(O2) = 2 ×Ar(O) = 2 × 16 = 32. Mr(N2) = 2 ×Ar(N) = 2 × 14 = 28. 2) Mr(CO2) = Ar(C) + 2 ×Ar(O) = 12 + 2 ×16 = 12 + 32 = 44. Dair(CO2) = Mr(CO2) / Mr(air) = 44 / 29 = 1,5172; DO2(CO2) = Mr(CO2) / Mr(O2) = 44 / 32 = 1,375; DH2(CO2) = Mr(CO2) / Mr(N2) = 44 / 28 = 1,5714. |
| Ответ | Плотности бромоводорода по воздуху, кислороду и азоту соответственно равны 2,7931, 2,5313 и 2,8929; плотности оксида углерода (IV) по воздуху, кислороду и азоту соответственно равны 1,5172, 1,375 и 1,5714. |
