Vapeur saturée et non saturée : explication simple avec exemples. Vapeur saturée, ébullition, humidité de l'air

Thèmes du codificateur USE: vapeurs saturées et insaturées, humidité de l'air.

Si vous laissez un verre d'eau ouvert pendant longtemps, l'eau finira par s'évaporer complètement. Plus précisément, il va s'évaporer. Qu'est-ce que l'évaporation et pourquoi se produit-elle ?

Évaporation et condensation

A une température donnée, les molécules liquides ont des vitesses différentes. Les vitesses de la plupart des molécules sont proches d'une certaine valeur moyenne (caractéristique de cette température). Mais il existe des molécules dont les vitesses diffèrent significativement de la moyenne dans les directions inférieure et supérieure.

En figue. 1 montre un graphique approximatif de la distribution de la vitesse des molécules liquides. Le fond bleu montre la très grande majorité des molécules dont les vitesses sont regroupées autour de la valeur moyenne. La "queue" rouge du graphique est un petit nombre de molécules "rapides", dont les vitesses dépassent de manière significative la vitesse moyenne de la masse des molécules liquides.

Riz. 1. Distribution de la vitesse des molécules

Lorsqu'une molécule aussi rapide se trouve à la surface libre du liquide (c'est-à-dire à l'interface entre le liquide et l'air), l'énergie cinétique de cette molécule peut être suffisante pour vaincre les forces d'attraction des molécules restantes et s'envoler hors de la liquide. Ce processus est évaporation, et les molécules qui ont quitté la forme liquide fumer.

Alors, l'évaporation est le processus de conversion d'un liquide en vapeur qui se produit sur la surface libre d'un liquide(dans des conditions particulières, la transformation du liquide en vapeur peut se produire dans tout le volume du liquide. Ce processus vous est bien connu - ce ébullition).

Il peut arriver qu'après un certain temps la molécule de vapeur retourne au liquide.

Le processus de transition des molécules de vapeur dans un liquide est appelé condensation.... La condensation de la vapeur est le processus inverse de l'évaporation liquide.

Équilibre dynamique

Et que se passera-t-il si le récipient contenant du liquide est hermétiquement fermé ? La densité de vapeur au-dessus de la surface du liquide commencera à augmenter ; les particules de vapeur empêcheront de plus en plus d'autres molécules liquides de s'envoler et le taux d'évaporation diminuera. Dans le même temps, le taux de condensation commencera à augmenter, car avec une augmentation de la concentration de vapeur, le nombre de molécules retournant dans le liquide deviendra de plus en plus.

Enfin, à un moment donné, le taux de condensation sera égal au taux d'évaporation. Viendra équilibre dynamique entre le liquide et la vapeur : par unité de temps, le même nombre de molécules sortira du liquide que le retour de la vapeur. A partir de ce moment, la quantité de liquide cessera de diminuer et la quantité de vapeur cessera d'augmenter ; la vapeur atteindra la "saturation".

La vapeur saturée est de la vapeur en équilibre dynamique avec son liquide. La vapeur qui n'a pas atteint un état d'équilibre dynamique avec le liquide est dite insaturée.

La pression et la densité de la vapeur saturée sont indiquées par et. Évidemment, et sont la pression et la densité maximales que la vapeur peut avoir à une température donnée. En d'autres termes, la pression et la densité de la vapeur saturée dépassent toujours la pression et la densité de la vapeur non saturée.

Propriétés de la vapeur saturée

Il s'avère que l'état de vapeur saturée (et insaturée - encore plus) peut être approximativement décrit par l'équation d'état d'un gaz parfait (l'équation de Mendeleev - Clapeyron). En particulier, nous avons une relation approximative entre la pression de vapeur saturante et sa densité :

(1)

C'est un fait très surprenant, confirmé par l'expérience. En effet, en termes de propriétés, la vapeur saturée diffère sensiblement d'un gaz parfait. Listons les plus importantes de ces différences.

1. A température constante, la densité de vapeur saturée ne dépend pas de son volume.

Si, par exemple, la vapeur saturée est comprimée de manière isotherme, sa densité au premier moment augmentera, le taux de condensation dépassera le taux d'évaporation et une partie de la vapeur se condensera en un liquide jusqu'à ce que l'équilibre dynamique se reproduise, dans lequel la densité de vapeur reviendra à sa valeur précédente...

De même, avec l'expansion isotherme de la vapeur saturée, sa densité au premier instant diminuera (la vapeur deviendra insaturée), le taux d'évaporation dépassera le taux de condensation et le liquide s'évaporera en plus jusqu'à ce que l'équilibre dynamique soit rétabli, c'est-à-dire jusqu'à ce que la vapeur soit à nouveau saturée avec la même densité.

2. La pression de vapeur saturée ne dépend pas de son volume.

Cela résulte du fait que la densité de vapeur saturée ne dépend pas du volume et que la pression est liée sans ambiguïté à la densité par l'équation (1).

Comme tu peux le voir, La loi de Boyle - Mariotte, valable pour les gaz parfaits, ne vaut pas pour la vapeur saturée... Ce n'est pas surprenant - après tout, cela a été obtenu à partir de l'équation de Mendeleev-Clapeyron en supposant que la masse du gaz reste constante.

3. A volume constant, la densité de vapeur saturée augmente avec l'augmentation de la température et diminue avec la diminution de la température..

En effet, avec l'augmentation de la température, la vitesse d'évaporation du liquide augmente.

L'équilibre dynamique au premier moment est violé et une évaporation supplémentaire d'une partie du liquide se produit. La paire continuera de croître jusqu'à ce que l'équilibre dynamique soit à nouveau rétabli.

De la même manière, à mesure que la température diminue, le taux d'évaporation du liquide devient plus lent et une partie de la vapeur se condense jusqu'à ce que l'équilibre dynamique soit rétabli - mais avec une plus petite quantité de vapeur.

Ainsi, lors du chauffage ou du refroidissement isochore de la vapeur saturée, sa masse change, la loi de Charles ne fonctionne donc pas dans ce cas. La dépendance de la pression de vapeur saturée sur la température ne sera plus une fonction linéaire.

4. La pression de vapeur saturée augmente avec la température plus rapidement que linéairement.

En effet, avec l'augmentation de la température, la densité de la vapeur saturée augmente, et selon l'équation (1), la pression est proportionnelle au produit de la densité et de la température.

La dépendance de la pression de vapeur saturée sur la température est exponentielle (Fig. 2). Il est représenté par la section 1-2 du graphique. Cette dépendance ne peut pas être déduite des lois d'un gaz parfait.

Riz. 2. Dépendance de la pression de vapeur sur la température

Au point 2, tout le liquide s'évapore ; avec une nouvelle augmentation de la température, la vapeur devient insaturée et sa pression augmente linéairement selon la loi de Charles (section 2-3).

Rappelons qu'une augmentation linéaire de la pression d'un gaz parfait est provoquée par une augmentation de l'intensité des impacts de molécules contre les parois de la cuve. Lorsque la vapeur saturée est chauffée, les molécules commencent à battre non seulement plus fort, mais aussi plus souvent - après tout, la vapeur devient plus grosse. L'action simultanée de ces deux facteurs est responsable de l'augmentation exponentielle de la pression de vapeur saturée.

L'humidité de l'air

Humidité absolue est la pression partielle de vapeur d'eau dans l'air (c'est-à-dire la pression que la vapeur d'eau exercerait seule, en l'absence d'autres gaz). Parfois, l'humidité absolue est aussi appelée densité de vapeur d'eau dans l'air.

Humidité relative est le rapport de la pression partielle de vapeur d'eau qu'il contient sur la pression de vapeur d'eau saturée à la même température. En règle générale, ce ratio est exprimé en pourcentage :

De l'équation de Mendeleev-Clapeyron (1), il résulte que le rapport des pressions de vapeur est égal au rapport des densités. Puisque l'équation (1) elle-même, rappelons-le, ne décrit la vapeur saturée qu'approximativement, nous avons une relation approximative :

L'un des instruments qui mesurent l'humidité de l'air est psychromètre... Il comprend deux thermomètres dont le réservoir de l'un est enveloppé dans un chiffon humide. Plus l'humidité est faible, plus l'évaporation de l'eau du tissu est intense, plus le réservoir du thermomètre "humide" se refroidit, et plus la différence entre ses lectures et les lectures du thermomètre sec est grande. Sur la base de cette différence, l'humidité de l'air est déterminée à l'aide d'une table psychrométrique spéciale.

Les liquides ont tendance à s'évaporer. Si nous faisions couler une goutte d'eau, d'éther et de mercure sur la table (ne le faites pas à la maison!), Nous pourrions observer comment les gouttes disparaissent progressivement - s'évaporent. Certains liquides s'évaporent plus rapidement, d'autres plus lentement. Le processus d'évaporation d'un liquide est également appelé vaporisation. Et le processus inverse de transformation de la vapeur en liquide est la condensation.

Ces deux processus illustrent transition de phase- le processus de transition des substances d'un état d'agrégation à un autre :

• évaporation (passage de l'état liquide à l'état gazeux);
• condensation (passage d'un état gazeux à un état liquide);
• désublimation (passage d'un état gazeux à un état solide, en contournant la phase liquide) ;
• la sublimation, c'est aussi la sublimation (passage de l'état solide à l'état gazeux, contournement du liquide).

À propos, c'est maintenant la bonne saison pour observer le processus de désublimation dans la nature: givre et givre sur les arbres et les objets, motifs givrés sur les fenêtres - son résultat.

Comment se forme la vapeur saturée et insaturée

Mais revenons à la vaporisation. Nous continuerons à expérimenter et à verser un liquide - de l'eau, par exemple, dans un récipient ouvert, et à y connecter un manomètre. Invisible à l'œil, l'évaporation se produit dans le vaisseau. Toutes les molécules liquides sont en mouvement continu. Certains se déplacent si vite que leur énergie cinétique est plus forte que celle qui lie les molécules liquides entre elles.

Après avoir quitté le liquide, ces molécules continuent à se déplacer de manière chaotique dans l'espace, l'écrasante majorité d'entre elles s'y dispersent - c'est ainsi que vapeur non saturée... Seule une petite partie d'entre eux retourne au liquide.

Si nous fermons le récipient, les molécules de vapeur deviendront progressivement de plus en plus nombreuses. Et de plus en plus d'entre eux retourneront dans le liquide. Cela augmentera la pression de vapeur. Cela fixera le manomètre connecté au récipient.

Après un certain temps, le nombre de molécules s'échappant du liquide et y retournant sera égal. La pression de la vapeur cessera de changer. Par conséquent saturation de vapeur l'équilibre thermodynamique du système liquide-vapeur sera établi. C'est-à-dire que l'évaporation et la condensation seront égales.

Propriétés de la vapeur saturée

Pour les illustrer clairement, nous allons utiliser une autre expérience. Invoquez toute la puissance de votre imagination pour le présenter. Prenons donc un manomètre à mercure, constitué de deux coudes - tubes communicants. Du mercure est versé dans les deux, une extrémité est ouverte, l'autre est scellée, et sur le mercure, il y a encore une certaine quantité d'éther et de sa vapeur saturée. Si vous abaissez et relevez le genou non scellé, le niveau de mercure dans le genou scellé augmentera et baissera également.

Dans ce cas, la quantité (volume) de vapeur saturée d'éther changera également. La différence des niveaux des colonnes de mercure dans les deux branches du manomètre montre la pression de vapeur saturée de l'éther. Il restera inchangé tout le temps.

Cela implique la propriété de la vapeur saturée - sa pression ne dépend pas du volume qu'elle occupe. La pression de vapeur saturée de différents liquides (eau et éther, par exemple) est différente à la même température.

Cependant, la température de la vapeur saturée est importante. Plus la température est élevée, plus la pression est élevée. La pression de la vapeur saturée augmente plus rapidement avec l'augmentation de la température qu'elle ne le fait avec la vapeur non saturée. La température et la pression de la vapeur non saturée sont liées linéairement.

Une autre expérience intéressante peut être réalisée. Prendre un ballon vide sans vapeurs liquides, le fermer et brancher un manomètre. Petit à petit, goutte à goutte, ajoutez du liquide à l'intérieur du flacon. Au fur et à mesure que le liquide entre et s'évapore, la pression de vapeur saturée s'établit, qui est la plus élevée pour un liquide donné à une température donnée.

En savoir plus sur la température et la vapeur saturée

La température de la vapeur affecte également le taux de condensation. Tout comme la température d'un liquide détermine le taux d'évaporation - le nombre de molécules qui s'envolent de la surface d'un liquide par unité de temps, en d'autres termes.

Pour la vapeur saturée, sa température est égale à la température du liquide. Plus la température de la vapeur saturée est élevée, plus sa pression et sa densité sont élevées, plus la densité du liquide est faible. Lorsque la température critique pour une substance est atteinte, la densité du liquide et de la vapeur est la même. Si la température de la vapeur est supérieure à la température critique pour la substance, les différences physiques entre le liquide et la vapeur saturée disparaissent.

Détermination de la pression de vapeur saturée mélangée à d'autres gaz

Nous avons dit que la pression de vapeur saturante reste inchangée à température constante. Nous avons déterminé la pression dans des conditions « idéales » : lorsqu'il y a du liquide et de la vapeur d'une seule substance dans un récipient ou un flacon. Considérons également une expérience dans laquelle les molécules d'une substance sont dispersées dans l'espace en mélange avec d'autres gaz.

Pour ce faire, prenez deux cylindres de verre ouverts et placez-les dans les deux récipients fermés avec de l'éther. Comme d'habitude, nous allons connecter les manomètres. Nous ouvrons un récipient avec de l'éther, après quoi le manomètre enregistre l'augmentation de la pression. La différence entre cette pression et la pression dans le cylindre avec un récipient d'éther fermé vous permet de connaître la pression de la vapeur saturée de l'éther.

À propos de la pression et de l'ébullition

L'évaporation est possible non seulement à partir de la surface du liquide, mais aussi dans son volume - on parle alors d'ébullition. Lorsque la température du liquide augmente, des bulles de vapeur se forment. Lorsque la pression de la vapeur saturée est supérieure ou égale à la pression du gaz dans les bulles, le liquide s'évapore à l'intérieur des bulles. Et ceux-ci se dilatent et remontent à la surface.

Les liquides bouillent à différentes températures. Dans des conditions normales, l'eau bout à 100 0 C. Mais avec un changement de pression atmosphérique, le point d'ébullition change également. Ainsi, en montagne, où l'air est très raréfié et la pression atmosphérique plus faible, le point d'ébullition de l'eau diminue également au fur et à mesure que vous gravissez les montagnes.

Soit dit en passant, l'ébullition est impossible dans un récipient hermétiquement fermé.

Un autre exemple de la relation entre la pression de vapeur et l'évaporation est démontré par une caractéristique de la teneur en vapeur d'eau dans l'air comme l'humidité relative de l'air. C'est le rapport de la pression partielle de vapeur d'eau à la pression de vapeur saturée et est déterminé par la formule : = p / p environ * 100 %.

Avec une diminution de la température de l'air, la concentration de vapeur d'eau augmente, c'est-à-dire ils deviennent plus riches. Cette température est appelée point de rosée.

Résumons

À l'aide d'exemples simples, nous avons analysé l'essence du processus d'évaporation et la vapeur insaturée et saturée qui en résulte. Vous pouvez observer tous ces phénomènes tous les jours autour de vous : par exemple, voir des flaques s'assécher après la pluie dans les rues ou un miroir dans la salle de bain embué par la vapeur. Dans la salle de bain, vous pouvez même observer comment la vaporisation se produit d'abord, puis l'humidité accumulée sur le miroir se condense dans l'eau.

Vous pouvez également utiliser ces connaissances pour rendre votre vie plus confortable. Par exemple, en hiver dans de nombreux appartements, l'air est très sec, ce qui nuit au bien-être. Vous pouvez utiliser un humidificateur moderne pour le rendre plus humide. Ou, à l'ancienne, mettez un récipient avec de l'eau dans la pièce : en s'évaporant progressivement, l'eau va saturer l'air de ses vapeurs.

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Les processus d'évaporation et de condensation sont continus et parallèles les uns aux autres.

Dans un récipient ouvert, la quantité de liquide diminue avec le temps, car l'évaporation l'emporte sur la condensation.

La vapeur qui se trouve au-dessus de la surface du liquide, lorsque l'évaporation prévaut sur la condensation, ou la vapeur en l'absence de liquide, est appelée insaturé.

Dans un récipient hermétiquement fermé, le niveau de liquide ne change pas dans le temps, car l'évaporation et la condensation se compensent : combien de molécules sortent du liquide, le même nombre y retournent en même temps, un équilibre dynamique (mobile) se produit entre la vapeur et son liquide.

La vapeur qui est en équilibre dynamique avec son liquide est appelée saturé.

À une température donnée, la vapeur saturée de tout liquide a la densité la plus élevée ( ) et crée une pression maximale ( ), que peut avoir la vapeur de ce liquide à cette température.

La pression et la densité de vapeur saturée à la même température dépendent du type de substance : plus de pression crée une vapeur saturée de ce liquide, qui s'évapore plus rapidement. Par exemple, et

Propriétés des vapeurs insaturées : Les vapeurs insaturées obéissent aux lois des gaz de Boyle - Mariotte, Gay-Lussac, Charles ; l'équation d'état d'un gaz parfait peut leur être appliquée.

Propriétés de la vapeur saturée :1. Avec un volume constant avec une température croissante, la pression de vapeur saturée augmente, mais pas en proportion directe (la loi de Charles n'est pas respectée), la pression croît plus vite que celle d'un gaz parfait. , avec l'augmentation de la température ( ) , la masse de vapeur augmente, et donc la concentration des molécules de vapeur () augmente et la pression de vapeur saturante augmente pour deux raisons (

3 1 - vapeur non saturée (gaz idéal) ;

2 2 - vapeur saturée; 3 - vapeur non saturée,

1 obtenu à partir de vapeur saturée dans le même

Volume lorsqu'il est chauffé.

2. La pression de vapeur saturée à température constante ne dépend pas du volume qu'elle occupe.

Avec une augmentation du volume de vapeur, la masse de vapeur augmente et la masse du liquide diminue (une partie du liquide se transforme en vapeur), avec une diminution du volume de vapeur, elle diminue et le liquide devient plus grande (une partie de la vapeur se transforme en liquide), la densité et la concentration des molécules de vapeur saturée restent donc constantes et la pression reste constante ().

liquide

(saturer vapeur + liquide)

Insaturé. fumer

Les vapeurs saturées n'obéissent pas aux lois des gaz de Boyle - Mariotte, Gay-Lussac, Charles, car la masse de vapeur dans les procédés ne reste pas constante, et toutes les lois des gaz sont obtenues pour une masse constante. L'équation d'état des gaz parfaits peut être appliquée à la vapeur saturée.

Alors, la vapeur saturée peut être convertie en vapeur insaturée, soit en la chauffant à volume constant, soit en augmentant son volume à température constante. La vapeur non saturée peut être convertie en vapeur saturée soit en la refroidissant à volume constant, soit en la comprimant à température constante.

Un état critique

La présence d'une surface libre dans un liquide permet d'indiquer où se trouve la phase liquide d'une substance, et où est la phase gazeuse. La différence marquée entre un liquide et sa vapeur s'explique par le fait que la densité du liquide est plusieurs fois supérieure à celle de la vapeur. Si un liquide est chauffé dans un récipient hermétiquement fermé, alors, en raison de la dilatation, sa densité diminuera et la densité de vapeur au-dessus augmentera. Cela signifie que la différence entre un liquide et sa vapeur saturée est lissée et disparaît complètement à une température suffisamment élevée. La température à laquelle les différences de propriétés physiques entre le liquide et sa vapeur saturée disparaissent, et leurs densités deviennent les mêmes, est appeléetempérature critique.

Point critique

Pour la formation d'un liquide à partir d'un gaz, l'énergie potentielle moyenne d'attraction des molécules doit dépasser leur énergie cinétique moyenne.

Température critique – la température maximale à laquelle la vapeur se transforme en liquide. La température critique dépend de l'énergie potentielle d'interaction des molécules et est donc différente pour différents gaz. En raison de la forte interaction des molécules d'eau, la vapeur d'eau peut être convertie en eau même à des températures élevées. Dans le même temps, la liquéfaction de l'azote ne se produit qu'à une température inférieure à = -147˚, car les molécules d'azote interagissent faiblement entre elles.

Un autre paramètre macroscopique affectant la transition vapeur-liquide est la pression. Avec une augmentation de la pression externe lors de la compression du gaz, la distance moyenne entre les particules diminue, la force d'attraction entre elles augmente et, par conséquent, l'énergie potentielle moyenne de leur interaction.

Pressionla vapeur saturée à sa température critique est appelée critique... Il s'agit de la pression de vapeur saturée la plus élevée possible d'une substance donnée.

État de la matière avec des paramètres critiques est appelé critique(point critique) . Chaque substance a sa propre température critique et sa propre pression.

A l'état critique, la chaleur spécifique de vaporisation et le coefficient de tension superficielle du liquide s'annulent. À des températures supérieures au seuil critique, même à des pressions très élevées, la transformation d'un gaz en un liquide est impossible, c'est-à-dire au-dessus de la température critique, le liquide ne peut pas exister. Aux températures supercritiques, seul un état vaporeux de la matière est possible.

La liquéfaction des gaz n'est possible qu'à des températures inférieures à la température critique. Pour la liquéfaction, les gaz sont refroidis à une température critique, par exemple lors d'une détente adiabatique, puis comprimés de manière isotherme.

Ébullition

Extérieurement, le phénomène ressemble à ceci : des bulles à croissance rapide montent de tout le volume du liquide à la surface, elles éclatent à la surface et la vapeur est libérée dans l'environnement.

MKT explique l'ébullition comme suit : il y a toujours des bulles d'air dans un liquide, dans lesquelles l'évaporation se produit à partir du liquide. Le volume fermé de bulles est rempli non seulement d'air, mais également de vapeur saturée. La pression de vapeur saturée en eux, lorsque le liquide est chauffé, augmente plus rapidement que la pression de l'air. Lorsque, dans un liquide suffisamment chauffé, la pression de vapeur saturée dans les bulles devient supérieure à la pression extérieure, elles augmentent de volume et la force de poussée, qui dépasse leur gravité, fait remonter les bulles à la surface. Les bulles flottantes commencent à éclater lorsque, à une certaine température, la pression de la vapeur saturée qu'elles contiennent dépasse la pression au-dessus du liquide. La température du liquide à laquelle la pression de sa vapeur saturée dans les bulles est égale ou supérieure à la pression externe sur le liquide est appelée point d'ébullition.

Le point d'ébullition de différents liquides est différent puisque la pression de vapeur saturée dans leurs bulles est comparée à la même pression externe à différentes températures. Par exemple, la pression de vapeur saturée dans les bulles est égale à la pression atmosphérique normale pour l'eau à 100˚C, pour le mercure à 357˚C, pour l'alcool à 78˚C, pour l'éther à 35˚C.

Le point d'ébullition pendant l'ébullition reste constant, puisque toute la chaleur fournie au liquide chauffé est dépensée pour la vaporisation.

Le point d'ébullition dépend de la pression extérieure sur le liquide : avec une pression croissante, la température augmente ; avec une pression décroissante, la température diminue. Par exemple, à une altitude de 5 km au-dessus du niveau de la mer, où la pression est 2 fois inférieure à la pression atmosphérique, le point d'ébullition de l'eau est de 83˚C, dans les chaudières des machines à vapeur, où la pression de la vapeur est de 15 atm. (), la température de l'eau est d'environ 200 .

L'humidité de l'air

Il y a toujours de la vapeur d'eau dans l'air, on peut donc parler d'humidité de l'air, qui se caractérise par les valeurs suivantes :

1.Humidité absolue La densité de vapeur d'eau dans l'air (ou la pression que cette vapeur crée (.

L'humidité absolue ne donne pas une idée du degré de saturation de l'air en vapeur d'eau. La même quantité de vapeur d'eau à différentes températures crée une sensation d'humidité différente.

2.Humidité relative est le rapport de la densité (pression) de la vapeur d'eau contenue dans l'air à une température donnée à la densité (pression) de la vapeur saturée à la même température : ou

- l'humidité absolue à une température donnée ; - densité, pression de vapeur saturée à la même température. La densité et la pression de la vapeur d'eau saturée à n'importe quelle température peuvent être trouvées dans le tableau. Le tableau montre que plus la température de l'air est élevée, plus la densité et la pression de vapeur d'eau dans l'air doivent être élevées pour qu'il soit saturé.

Connaissant l'humidité relative, on peut comprendre combien de pourcentage de vapeur d'eau dans l'air à une température donnée est loin de la saturation. Si la vapeur dans l'air est saturée, alors. Si , alors il n'y a pas assez de vapeur dans l'air jusqu'à ce qu'il soit saturé.

Le fait que la vapeur dans l'air devienne saturée est jugé par l'apparition d'humidité sous forme de brouillard, de rosée. La température à laquelle la vapeur d'eau dans l'air devient saturée est appelée point de rosée.

La vapeur dans l'air peut être rendue saturée en ajoutant de la vapeur en raison de l'évaporation supplémentaire du liquide sans changer la température de l'air, ou en abaissant sa température avec la quantité de vapeur disponible dans l'air.

L'humidité relative normale, la plus favorable pour l'homme, est de 40 à 60 %. La connaissance de l'humidité en météorologie est essentielle pour prévoir le temps. Dans le tissage, la production de confiserie, une certaine humidité est requise pour le déroulement normal du processus. Le stockage d'œuvres d'art et de livres nécessite de maintenir l'humidité de l'air au niveau requis.

Appareils de détermination de l'humidité :

1. Hygromètre à condensation (permet de déterminer le point de rosée).

2. Un hygromètre à cheveux (basé sur la dépendance de la longueur des cheveux dégraissés sur la teneur en humidité) mesure l'humidité relative en pourcentage.

3. Le psychromètre se compose de deux thermomètres secs et humides. Le réservoir du thermomètre humidifié est enveloppé d'un chiffon imbibé d'eau. En raison de l'évaporation du tissu, la température du mouillé est inférieure à celle du sec. La différence entre les lectures du thermomètre dépend de l'humidité de l'air ambiant : plus l'air est sec, plus l'évaporation du tissu est intense, plus la différence entre les lectures du thermomètre est grande, et vice versa. Si l'humidité de l'air est de 100 %, les lectures du thermomètre sont les mêmes, c'est-à-dire différence dans les lectures 0. Pour déterminer l'humidité avec un psychromètre, une table psychrométrique est utilisée.

Fusion et cristallisation

Lors de la fonte d'un solide, la distance entre les particules qui forment le réseau cristallin augmente et la destruction du réseau lui-même se produit. Le processus de fusion nécessite une dépense d'énergie. Lorsqu'un solide est chauffé, l'énergie cinétique des molécules vibrantes augmente et, par conséquent, l'amplitude de leurs vibrations. A une certaine température, appelée point de fusion, l'ordre dans l'arrangement des particules dans les cristaux est perturbé, les cristaux perdent leur forme. La substance fond, passant d'un état solide à un état liquide.

Pendant la cristallisation il y a une convergence de molécules qui forment un réseau cristallin. La cristallisation ne peut se produire que lorsque le liquide cède de l'énergie. Au fur et à mesure que la substance fondue se refroidit, l'énergie cinétique moyenne et la vitesse des molécules diminuent. Les forces de gravité peuvent retenir les particules autour de leur position d'équilibre. A une certaine température, appelée température de solidification (cristallisation), toutes les molécules se retrouvent dans une position d'équilibre stable, leur arrangement devient ordonné - un cristal se forme.

La fusion d'un solide se produit à la même température à laquelle cette substance se solidifie

Chaque substance a son propre point de fusion. Par exemple, le point de fusion de l'hélium est de -269,6˚С, celui du mercure de -38,9˚С et celui du cuivre de 1083˚С.

Pendant le processus de fusion, la température reste constante. La quantité de chaleur fournie de l'extérieur va à la destruction du réseau cristallin.

Pendant le processus de durcissement, bien que la chaleur soit évacuée, la température ne change pas. L'énergie libérée lors de la cristallisation est dépensée pour maintenir une température constante.

Jusqu'à ce que toute la substance fonde ou que toute la substance durcisse, c'est-à-dire tant que les phases solide et liquide d'une substance coexistent, la température ne change pas.

TV + liquide liquide + tv

, où est la quantité de chaleur, - la quantité de chaleur nécessaire pour faire fondre une substance dégagée lors de la cristallisation d'une substance de masse

- chaleur spécifique de fusion– la quantité de chaleur nécessaire pour faire fondre une substance pesant 1 kg à la température de fusion.

Quelle quantité de chaleur est dépensée lorsqu'une certaine masse d'une substance fond, la même quantité de chaleur est libérée lors de la cristallisation de cette masse.

Aussi appelé chaleur spécifique de cristallisation.

Au point de fusion, l'énergie interne d'une substance à l'état liquide est supérieure à l'énergie interne de la même masse d'une substance à l'état solide.

Pour un grand nombre de substances, le volume augmente lors de la fusion et la densité diminue. Par contre, une fois solidifié, le volume diminue et la densité augmente. Par exemple, des cristaux de naphtalène solide coulent dans du naphtalène liquide.

Certaines substances, par exemple le bismuth, la glace, le gallium, la fonte, etc., rétrécissent lorsqu'elles sont fondues et se dilatent lorsqu'elles se solidifient. Ces écarts par rapport à la règle générale s'expliquent par les caractéristiques structurelles des réseaux cristallins. Par conséquent, l'eau s'avère plus dense que la glace, la glace flotte dans l'eau. L'expansion de l'eau lors de la congélation entraîne la destruction des roches.

L'évolution du volume des métaux lors de la fusion et de la solidification est essentielle en fonderie.

L'expérience montre que un changement de pression externe sur un solide se reflète dans le point de fusion de cette substance... Pour les substances qui se dilatent pendant la fusion, une augmentation de la pression externe entraîne une augmentation de la température de fusion, car complique le processus de fusion. Si les substances sont comprimées pendant la fusion, une augmentation de la pression externe entraîne pour elles une diminution de la température de fusion, car aide le processus de fusion. Seule une très forte augmentation de la pression modifie sensiblement le point de fusion. Par exemple, pour abaisser le point de fusion de la glace de 1˚C, la pression doit être augmentée de 130 atm. Le point de fusion d'une substance à la pression atmosphérique normale est appelé point de fusion de la substance.

Billet numéro 1

Vapeur saturée.

Si le récipient contenant du liquide est bien fermé, la quantité de liquide diminuera d'abord, puis restera constante. A température constante, le système liquide-vapeur atteindra un état d'équilibre thermique et y restera pendant un temps arbitrairement long. Simultanément au processus d'évaporation, il se produit également une condensation, les deux processus se compensent en moyenne.

Au premier instant, une fois le liquide versé dans le récipient et fermé, le liquide s'évapore et la densité de vapeur au-dessus augmente. Cependant, dans le même temps, le nombre de molécules retournant dans le liquide augmentera également. Plus la densité de la vapeur est élevée, plus le nombre de ses molécules retourne dans le liquide. En conséquence, dans un récipient fermé à température constante, un équilibre dynamique (mobile) s'établira entre le liquide et la vapeur, c'est-à-dire que le nombre de molécules quittant la surface du liquide sur une certaine période de temps sera égal, sur moyenne, au nombre de molécules de vapeur retournant au liquide pendant le même temps.

La vapeur en équilibre dynamique avec son liquide est appelée vapeur saturée. Cette définition souligne qu'un volume donné à une température donnée ne peut pas contenir plus de vapeur.

Pression de vapeur saturée.

Que devient la vapeur saturée si le volume qu'elle occupe est réduit ? Par exemple, si vous comprimez la vapeur en équilibre avec le liquide dans le cylindre sous le piston, en maintenant la température du contenu du cylindre constante.

Lorsque la vapeur est comprimée, l'équilibre commence à être perturbé. La densité de vapeur au premier moment augmentera légèrement, et plus de molécules commenceront à passer du gaz au liquide que du liquide au gaz. Après tout, le nombre de molécules quittant le liquide par unité de temps ne dépend que de la température, et la compression de vapeur ne modifie pas ce nombre. Le processus se poursuit jusqu'à ce que l'équilibre dynamique et la densité de vapeur soient rétablis, ce qui signifie que la concentration de ses molécules ne reprendra pas ses anciennes valeurs. Par conséquent, la concentration de molécules de vapeur saturée à température constante ne dépend pas de son volume.

La pression étant proportionnelle à la concentration des molécules (p = nkT), il résulte de cette définition que la pression de vapeur saturée ne dépend pas du volume qu'elle occupe.

Pression p n.p. la vapeur, dans laquelle le liquide est en équilibre avec sa vapeur, est appelée pression de vapeur saturée.

Dépendance de la pression de vapeur saturée sur la température

L'état de la vapeur saturée, comme le montre l'expérience, est approximativement décrit par l'équation d'état d'un gaz parfait, et sa pression est déterminée par la formule

Lorsque la température augmente, la pression augmente. Étant donné que la pression de vapeur saturante ne dépend pas du volume, elle ne dépend donc que de la température.

Cependant, la dépendance de la p n.p. de T, trouvé expérimentalement, n'est pas directement proportionnel, comme dans un gaz parfait à volume constant. Avec une augmentation de la température, la pression de la vraie vapeur saturée augmente plus rapide que la pression du gaz parfait (Fig. coupe de la courbe 12). Pourquoi cela arrive-t-il?

Lorsqu'un liquide est chauffé dans un récipient fermé, une partie du liquide se transforme en vapeur. En conséquence, selon la formule P = nkT, la pression de vapeur saturante augmente non seulement en raison d'une augmentation de la température du liquide, mais aussi en raison d'une augmentation de la concentration de molécules (densité) de vapeur. Fondamentalement, l'augmentation de la pression avec l'augmentation de la température est déterminée précisément par l'augmentation de la concentration.

(La principale différence dans le comportement d'un gaz parfait et de la vapeur saturée est que lorsque la température de la vapeur dans un récipient fermé change (ou lorsque le volume change à une température constante), la masse de la vapeur change. Le liquide tourne partiellement en vapeur, ou, au contraire, la vapeur se condense partiellement. C Rien de tel ne se produit avec un gaz parfait.)

Lorsque tout le liquide s'est évaporé, la vapeur, lors d'un chauffage supplémentaire, cessera d'être saturée et sa pression à volume constant augmentera en proportion directe de la température absolue (voir Fig., Section de la courbe 23).

Ébullition.

L'ébullition est une transition intense d'une substance d'un état liquide à un état gazeux qui se produit dans tout le volume d'un liquide (et pas seulement à partir de sa surface). (La condensation est le processus inverse.)

Lorsque la température du liquide augmente, le taux d'évaporation augmente. Enfin, le liquide commence à bouillir. Lors de l'ébullition, des bulles de vapeur à croissance rapide se forment dans tout le volume du liquide, qui flottent à la surface. Le point d'ébullition du liquide reste constant. En effet, toute l'énergie fournie au liquide est dépensée pour le transformer en vapeur.

Dans quelles conditions commence l'ébullition ?

Le liquide contient toujours des gaz dissous libérés au fond et sur les parois de la cuve, ainsi que sur des particules de poussière en suspension dans le liquide, qui sont des centres de vaporisation. Les vapeurs du liquide à l'intérieur des bulles sont saturées. Avec une augmentation de la température, la pression de vapeur saturée augmente et les bulles augmentent de taille. Sous l'action de la force de flottabilité, ils flottent vers le haut. Si les couches supérieures du liquide ont une température plus basse, alors une condensation de vapeur en bulles se produit dans ces couches. La pression chute rapidement et les bulles s'effondrent. L'effondrement se produit si rapidement que les parois de la bulle, entrant en collision, produisent quelque chose comme une explosion. Beaucoup de ces microexplosions créent un bruit caractéristique. Lorsque le liquide se réchauffe suffisamment, les bulles cessent de s'effondrer et flottent à la surface. Le liquide va bouillir. Faites très attention à la bouilloire sur la cuisinière. Vous constaterez qu'il arrête presque de faire du bruit avant qu'il ne bout.

La dépendance de la pression de vapeur saturée sur la température explique pourquoi le point d'ébullition d'un liquide dépend de la pression à sa surface. Une bulle de vapeur peut se développer lorsque la pression de vapeur saturée à l'intérieur dépasse légèrement la pression dans le liquide, qui est la somme de la pression de l'air à la surface du liquide (pression externe) et de la pression hydrostatique de la colonne de liquide.

L'ébullition commence à une température à laquelle la pression de la vapeur saturée dans les bulles est égale à la pression dans le liquide.

Plus la pression externe est élevée, plus le point d'ébullition est élevé.

A l'inverse, en diminuant la pression extérieure, on abaisse ainsi le point d'ébullition. En pompant l'air et la vapeur d'eau du ballon, vous pouvez faire bouillir l'eau à température ambiante.

Chaque liquide a son propre point d'ébullition (qui reste constant jusqu'à ce que tout le liquide ait bouilli), qui dépend de la pression de sa vapeur saturée. Plus la pression de vapeur saturée est élevée, plus le point d'ébullition du liquide est bas.

Chaleur spécifique de vaporisation.

L'ébullition se produit avec l'absorption de chaleur.

La majeure partie de la chaleur fournie est consacrée à la rupture des liaisons entre les particules de la substance, le reste - au travail effectué lors de l'expansion de la vapeur.

En conséquence, l'énergie d'interaction entre les particules de vapeur devient plus importante qu'entre les particules liquides, de sorte que l'énergie interne de la vapeur est supérieure à l'énergie interne du liquide à la même température.

La quantité de chaleur nécessaire pour convertir un liquide en vapeur pendant l'ébullition peut être calculée à l'aide de la formule :

où m est la masse du liquide (kg),

L - chaleur spécifique de vaporisation (J/kg)

La chaleur spécifique de vaporisation montre la quantité de chaleur nécessaire pour transformer 1 kg d'une substance donnée en vapeur au point d'ébullition. Unité SI de chaleur spécifique de vaporisation :

[L] = 1 J/kg

Humidité de l'air et sa mesure.

Il y a presque toujours une certaine quantité de vapeur d'eau dans l'air qui nous entoure. L'humidité de l'air dépend de la quantité de vapeur d'eau qu'il contient.

L'air brut contient un pourcentage plus élevé de molécules d'eau que l'air sec.

L'humidité relative de l'air, qui est signalée chaque jour dans les bulletins météorologiques, est d'une grande importance.

L'humidité relative est le rapport de la densité de vapeur d'eau dans l'air à la densité de vapeur saturée à une température donnée, exprimé en pourcentage. (montre à quel point la vapeur d'eau dans l'air est proche de la saturation)

point de rosée

La sécheresse ou l'humidité de l'air dépend de la proximité de sa vapeur d'eau à saturation.

Si l'air humide est refroidi, la vapeur qu'il contient peut être amenée à saturation, puis elle se condensera.

Un signe que la vapeur est saturée est l'apparition des premières gouttes de liquide condensé - la rosée.

La température à laquelle la vapeur dans l'air devient saturée s'appelle le point de rosée.

Le point de rosée caractérise également l'humidité de l'air.

Exemples : chute de rosée le matin, buée du verre froid, si vous respirez dessus, formation d'une goutte d'eau sur une conduite d'eau froide, humidité dans les sous-sols des maisons.

Appareils de mesure - les hygromètres sont utilisés pour mesurer l'humidité de l'air. Il existe plusieurs types d'hygromètres, mais les principaux sont : à cheveux et psychrométriques. Comme il est difficile de mesurer directement la pression de vapeur d'eau dans l'air, l'humidité relative de l'air est mesurée indirectement.

On sait que le taux d'évaporation dépend de l'humidité relative de l'air. Plus l'humidité de l'air est faible, plus il est facile pour l'humidité de s'évaporer..

Le psychromètre a deux thermomètres. L'une est ordinaire, elle s'appelle sèche. Il mesure la température de l'air ambiant. Le flacon d'un autre thermomètre est enveloppé d'une mèche en tissu et descendu dans un récipient d'eau. Le deuxième thermomètre n'indique pas la température de l'air, mais la température de la mèche humide, d'où le nom de thermomètre humide. Plus l'humidité de l'air est faible, plus l'humidité s'évapore de la mèche, plus la chaleur par unité de temps est retirée du thermomètre humide, moins ses lectures sont importantes, donc plus la différence entre les lectures des thermomètres secs et humides est grande. Saturation = 100°C et spécificités de l'état saturé liquide et sec saturé paire v "= 0,001 v" "= 1,7 ... humide saturé fumer avec un degré de siccité Calculer les caractéristiques extensives d'un saturé paire au...

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DÉFINITION

Évaporation est le processus de conversion d'un liquide en vapeur.

Dans un liquide (ou un solide) à n'importe quelle température, il existe un certain nombre de molécules "rapides", dont l'énergie cinétique est supérieure à l'énergie potentielle de leur interaction avec le reste des particules de la substance. Si de telles molécules se trouvent près de la surface, elles peuvent surmonter l'attraction d'autres molécules et s'envoler hors du liquide, formant de la vapeur au-dessus de celui-ci. L'évaporation des solides est aussi souvent appelée sublimation ou sublimation.

L'évaporation se produit à n'importe quelle température à laquelle une substance donnée peut être à l'état liquide ou solide. Cependant, le taux d'évaporation dépend de la température. Au fur et à mesure que la température augmente, le nombre de molécules "rapides" augmente et, par conséquent, le taux d'évaporation augmente. Le taux d'évaporation dépend également de la surface libre du liquide et du type de substance. Ainsi, par exemple, l'eau versée dans une soucoupe s'évapore plus rapidement que l'eau versée dans un verre. L'alcool s'évapore plus vite que l'eau, etc.

Condensation

La quantité de liquide dans un récipient ouvert diminue continuellement en raison de l'évaporation. Mais cela ne se produit pas dans un récipient hermétiquement fermé. Ceci s'explique par le fait que le processus inverse se produit simultanément à l'évaporation dans un liquide (ou solide). Les molécules de vapeur se déplacent de manière chaotique sur le liquide, de sorte que certaines d'entre elles, sous l'influence de l'attraction des molécules de surface libre, retombent dans le liquide. Le processus de conversion de la vapeur en liquide est appelé condensation. Le processus de conversion de la vapeur en un solide est communément appelé cristallisation à partir de la vapeur.

Après avoir versé du liquide dans le récipient et l'avoir fermé hermétiquement, le liquide commencera à s'évaporer et la densité de vapeur au-dessus de la surface libre du liquide augmentera. Cependant, dans le même temps, le nombre de molécules retournant dans le liquide augmentera. Dans un récipient ouvert, la situation est différente : les molécules qui ont quitté le liquide peuvent ne pas retourner dans le liquide. Dans un récipient fermé, un état d'équilibre s'établit au cours du temps : le nombre de molécules quittant la surface du liquide devient égal au nombre de molécules de vapeur retournant dans le liquide. Cet état est appelé un état d'équilibre dynamique(Fig. 1). Dans un état d'équilibre dynamique entre le liquide et la vapeur, l'évaporation et la condensation se produisent simultanément, et les deux processus s'annulent.

Fig. 1. Fluide en équilibre dynamique

Vapeur saturée et non saturée

DÉFINITION

Vapeur saturée est une vapeur en état d'équilibre dynamique avec son liquide.

Le nom « saturé » souligne qu'un volume donné à une température donnée ne peut pas contenir plus de vapeur. La vapeur saturée a une densité maximale à une température donnée, et exerce donc une pression maximale sur les parois de la cuve.

DÉFINITION

Vapeur non saturée- la vapeur n'ayant pas atteint un état d'équilibre dynamique.

Dans différents liquides, la saturation en vapeur se produit à différentes densités, ce qui est dû à la différence de structure moléculaire, c'est-à-dire la différence des forces d'interaction intermoléculaire. Dans les liquides dans lesquels les forces d'interaction des molécules sont importantes (par exemple, dans le mercure), l'état d'équilibre dynamique est atteint à de faibles densités de vapeur, car le nombre de molécules pouvant quitter la surface du liquide est faible. Au contraire, dans les liquides volatils avec de petites forces d'attraction des molécules, aux mêmes températures, un nombre important de molécules s'échappent du liquide et la saturation en vapeur est atteinte à une densité élevée. Des exemples de tels liquides sont l'éthanol, l'éther, etc.

Étant donné que l'intensité du processus de condensation de vapeur est proportionnelle à la concentration de molécules de vapeur et que l'intensité du processus de vaporisation ne dépend que de la température et augmente fortement avec sa croissance, la concentration de molécules dans la vapeur saturée ne dépend que de la température du liquide. . Alors la pression de vapeur saturée ne dépend que de la température et ne dépend pas du volume. De plus, à mesure que la température augmente, la concentration des molécules de vapeur saturée et, par conséquent, la densité et la pression de la vapeur saturée augmentent rapidement. Les dépendances spécifiques de la pression et de la densité de la vapeur saturée sur la température sont différentes pour différentes substances et peuvent être trouvées à partir des tableaux de référence. Il s'avère que la vapeur saturée, en règle générale, est bien décrite par l'équation de Cliperon-Mendeleev. Cependant, lorsqu'elle est comprimée ou chauffée, la masse de la vapeur saturée change.

La vapeur non saturée obéit à la loi des gaz parfaits avec un degré de précision raisonnable.

Exemples de résolution de problèmes

EXEMPLE 1

Exercer	Dans un récipient fermé d'une capacité de 0,5 litre à température, de la vapeur d'eau et une goutte d'eau sont en équilibre. Déterminer la masse de vapeur d'eau dans le récipient.
Solution	A température, la pression de vapeur saturée est égale à l'atmosphérique, donc Pa. Écrivons l'équation de Mendeleev-Clapeyron : d'où l'on trouve la masse de vapeur d'eau : La masse molaire de vapeur d'eau est définie de la même manière que la masse molaire d'eau. Convertissons les unités au système SI : le volume de la cuve, la température de la vapeur. Calculons :
Réponse	La masse de vapeur d'eau dans le récipient est de 0,3 g.

EXEMPLE 2

Exercer

Dans un récipient d'un volume de 1 litre, l'eau, la vapeur d'eau et l'azote sont en équilibre à température. Le volume d'eau liquide est bien inférieur au volume du récipient. La pression dans le récipient est de 300 kPa, la pression atmosphérique est de 100 kPa. Trouver la quantité totale d'une substance à l'état gazeux. Quelle est la pression partielle d'azote dans le système ? Quelle est la masse de vapeur d'eau ? Quelle est la masse d'azote ?

Solution

Écrivons l'équation de Mendeleev-Clapeyron pour un mélange gazeux de vapeur d'eau + azote : d'où l'on trouve la quantité totale de substance à l'état gazeux : Constante du gaz universel. Convertissons les unités dans le système SI : le volume de la cuve, la pression dans la cuve, la température. Calculons : Selon la loi de Dalton, la pression dans le récipient est égale à la somme des pressions partielles de vapeur d'eau et d'azote : d'où la pression partielle d'azote : A température, la pression de vapeur saturante est donc égale à l'atmosphérique.