Chemija · Pamoka
Skysčiai, klampa, paviršiaus įtempis ir garų slėgis
Paaiškinkite pasipriešinimą tekėjimui, energijos sąnaudas papildomam paviršiui sukurti ir mainus tarp skysčio ir garų. Prie kiekvienos savybės nurodykite temperatūrą ir pusiausvyros sąlygas.
Grįžti į chemijos planąBaigę pamoką, galėsite
- Atskirti klampą, paviršiaus įtempį ir garų slėgį.
- Paaiškinti, kaip garavimas ir kondensacija gali vienas kitą atsverti, nors abu procesai tęsiasi.
- Susieti virimą su išoriniu slėgiu, o ne su viena universalia temperatūra.
Klampa apibūdina pasipriešinimą tekėjimui
Pakreipkite indą su vandeniu ir indą su klampesniu skysčiu: panašiomis sąlygomis antrasis skystis gali tekėti daug lėčiau. Klampa kiekybiškai apibūdina pasipriešinimą santykiniam fluido dalių judėjimui. Ji priklauso nuo medžiagos, molekulių išsidėstymo, sąveikų ir temperatūros; tai nėra ta pati savybė kaip tankis.
Įprastų skysčių klampa kaitinant paprastai mažėja. Kartu su klampos verte reikia nurodyti temperatūrą, sudėtį ir matavimo sąlygas. Mišinių, tokių kaip medus, klampa kinta priklausomai nuo sudėties, todėl jų kasdieniai pavadinimai nenusako vienos pastovios klampos. Dujų klampos priklausomybę nuo temperatūros reikia aptarti atskirai, o ne taikyti šį skysčiams skirtą apibendrinimą.
Paviršiui padidinti reikia energijos
Fazių sandūroje esančių molekulių aplinka skiriasi nuo molekulių aplinkos medžiagos viduje. Paviršiaus įtempis apibūdina energijos sąnaudas paviršiaus ploto prieaugiui arba, lygiaverčiai, jėgą ilgio vienetui. Maži lašeliai linkę įgyti mažo paviršiaus ploto formas, tačiau tikrąją jų formą veikia sunkio jėga, sąlyčio paviršiai ir drėkinimas.
Membranos ar odos analogija gali padėti apibūdinti pasipriešinimą paviršiaus ploto didinimui, tačiau skysčio paviršius nėra atskira kieta plėvelė. Skysčio ir garų sandūroje paviršiaus įtempis priklauso nuo temperatūros ir gali kisti dėl ištirpusių medžiagų ar paviršiaus užterštumo. Vertę vertinkite kartu su nurodytomis sąlygomis.
| Savybė | Į kokį klausimą atsako | Vienetai arba sąlygos | Pavyzdys arba skirtumas |
|---|---|---|---|
| Dinaminė klampa | Kaip stipriai takioji medžiaga priešinasi santykiniam sluoksnių judėjimui? | Pa s; skysčiams dažnai mPa s | Vanduo, kurio temperatūra 25 °C: apytiksliai 0.890 mPa s |
| Paviršiaus įtempis | Kiek energijos reikia fazių sąlyčio paviršiaus plotui padidinti vienu ploto vienetu? | J m⁻² arba lygiaverčiai N m⁻¹ | Vanduo, esant 25 °C: maždaug 71.99 mN m⁻¹ |
| Pusiausvyrinis garų slėgis | Kokio dalinio slėgio garai yra pusiausvyroje su skysčiu esant pastoviai temperatūrai T? | Slėgis; abi fazės yra pusiausvyroje | Skiriasi nuo bendrojo slėgio, kai yra ir oro |
Apibrėžtys ir vienas šaltinio lentelėje pateiktas pavyzdys, kai vandens temperatūra yra 25 °C. Garų slėgio eilutėje aprašomos pusiausvyros sąlygos, nepateikiant išgalvotos skaitinės vertės.
Uždarame inde molekulių mainai gali tęstis
Skystis gali garuoti ir esant žemesnei nei jo virimo temperatūrai: kai kurios molekulės palieka jo paviršių. Garų molekulės taip pat gali grįžti kondensuodamosi. Uždarame inde, kuriame temperatūra pastovi ir yra tiek skysčio, tiek garų, šių dviejų procesų greičiai gali susilyginti. Tai dinaminė pusiausvyra: mainai tęsiasi, nors vidutiniai skysčio ir garų kiekiai nebekinta.
Tuomet pusiausvyrinis dalinis garų slėgis yra skysčio garų slėgis toje temperatūroje. Gryno skysčio atveju jis nebūtinai lygus bendram slėgiui inde, kuriame taip pat yra oro. Atvirame inde arba sistemoje, kuri dar tik artėja prie pusiausvyros, dalinis garų slėgis nebūtinai yra lygus šiam pusiausvyriniam slėgiui.
Virimas priklauso nuo aplinkos sąlygų
Virimas tampa įmanomas, kai skysčio pusiausvyrinis garų slėgis susilygina su išoriniu slėgiu. Kylant temperatūrai, garų slėgis paprastai didėja. Todėl esant mažesniam išoriniam slėgiui skystis gali virti žemesnėje temperatūroje. Įprasta vandens virimo temperatūra, artima 100 °C, yra apytikslė ir atitinka slėgį, artimą vienai atmosferai.
Garavimas žemesnėje nei virimo temperatūroje ir virimas visame skysčio tūryje yra susiję fazių virsmai, stebimi skirtingomis sąlygomis. Teigiant, kokia yra virimo temperatūra, reikia nurodyti medžiagą ir slėgį. Taip pat paviršiaus įtempio ir klampos verčių esant 20 °C ir 25 °C nereikėtų lyginti taip, tarsi temperatūra neturėtų reikšmės.
Išnagrinėti pavyzdžiai
Išreikškite paviršiaus įtempį energija ploto vienetui
Lentelėje pateiktą vandens paviršiaus įtempio vertę 71.99 mN m⁻¹ esant 25 °C išreikškite J m⁻².
- Perskaičiuokite vienetus su priešdėliu „mili“: 71.99 mN m⁻¹ = 0.07199 N m⁻¹.
- Pasinaudokite lygybe 1 J = 1 N m, todėl J m⁻² = N m⁻¹.
- Vienetų perskaičiavimas pakeičia išraišką, o ne fizikinę savybę.
0.07199 J m⁻² nurodytoje temperatūroje. Tai lentelėje pateikta apytikslė vandens vertė, o ne tiksli konstanta, galiojanti kiekvienam vandens mėginiui.
Pabandykite patys
Ar klampa ir tankis yra ta pati savybė?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Tankis susieja masę su tūriu; klampa apibūdina pasipriešinimą tekėjimui.
Ar esant skysčio ir garų dinaminei pusiausvyrai liaujasi ir garavimas, ir kondensacija?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Jų vidutiniai greičiai yra vienodi, todėl vykstant nuolatiniams mainams vidutiniai kiekiai nekinta.
Jei inde yra ir oro, ar vandens garų slėgis būtinai turi būti lygus bendram slėgiui inde?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Vandens garai sukuria dalinį slėgį; slėgį sukuria ir kitos dujos.
Kodėl mažesnis išorinis slėgis gali sumažinti to paties skysčio virimo temperatūrą?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Reikalingas mažesnis garų slėgis.
Skysčio garų slėgis susilygina su išoriniu slėgiu esant žemesnei temperatūrai.
Ką verta įsidėmėti
- Klampa, paviršiaus įtempis ir garų slėgis apibūdina skirtingas savybes.
- Kartu su savybių vertėmis nurodykite temperatūrą ir sudėtį.
- Esant dinaminei pusiausvyrai, procesai vyksta abiem kryptimis.
- Virimo temperatūra priklauso nuo išorinio slėgio.
Šaltiniai
Mokomoji medžiaga ir žinynai, kuriais remiasi pamokos paaiškinimai ir pavyzdžiai.