Razlika između parcijalnog i parnog tlaka

Djelomični tlak i parni tlak uobičajeni su znanstveni izrazi koji se odnose na količinu tlaka koju komponente sustava čine, ali njihov identitet može biti zbunjujući druge. Postoji jasna razlika između tih pojmova, uključujući njihove učinke i identitet. Ovaj će članak detaljnije objasniti razlike između tih pojmova. Također će uključivati ​​neke primjere za demistifikaciju njihovih primjena.

Započnimo isticanjem koncepta tlaka prije nego što ćemo moći uroniti u razliku između parnog i parnog tlaka. Pritisak se znanstveno definira kao sila koja se primjenjuje na jedinicu površine na tvar ili tvar. Može se definirati i kao sila koju čestice sudaraju jedna na drugu, a često se mjeri pomoću Pascala. U slučaju sudara čestica, za izračun tlaka koristi se jednadžba plina i kinetička teorija plinova..

Što je tlak para?

Tlak pare može se primjenjivati ​​na tekuće ili krute faze. To je tlak koji para vrši u svojoj termodinamičkoj ravnoteži na svom tekućem ili čvrstom stanju pri određenoj temperaturi u zatvorenom sustavu kada su para i tekućina (kruta) u kontaktu. Taj pritisak nastaje kao rezultat isparavanja, što je omogućeno povećanom toplinom na krutini ili tekućini. Stoga se temperatura koristi kao mjerilo isparavanja i izravno je proporcionalna tlaku pare. To znači da što je veća temperatura veći je tlak pare.

Tijekom isparavanja, molekule zraka bježe kao rezultat veće kinetičke energije u zrak u zatvorenom sustavu. Tada kada je u ravnoteži, nastaje tlak pare između pare i kondenziranog oblika tekućine (krute tvari). U otopinama gdje su međumolekularne sile slabije, tlak para je veći, a obrnuto, u otopinama gdje su međumolekularne sile jače, tlak para je manji.

Tlak pare može se pojaviti i u idealnim mješavinama kako je objašnjeno Raoultovim zakonom. Kaže da je parcijalni tlak pare određene komponente u tekućoj ili krutoj smjesi jednak tlaku pare te komponente pomnožen s njenim molskim udjelom u toj smjesi pri određenoj temperaturi. Primjer u nastavku ilustrirat će to.

Primjer 1.

Daje idealnu smjesu od 0,5 mola. etanola i 1,5 mola. metanol s tlakom pare od 30KPa i 52KPa, određuje parcijalni tlak pare svake komponente.

Riješenje:

Ukupni broj molova je 1,5mol + 0,5mol = 2,0mol. Prema Raoultovu zakonu, parcijalni tlak pare jednak je tlaku pare pomnoženom s molarnim udjelom te određene komponente. U ovom slučaju, P_metanol = 1,5 / 2 * 52 = 39KPa i P_etanol = 0,5 / 2 * 30 = 7,5KPa.

Kada imate djelomični tlak pare komponenti u smjesi, možete dobiti ukupni tlak pare tako da ih zbrojite. U tom pogledu, 7,5 + 39 daje 46,5KPa ukupni tlak pare smjese otopina etanola i metanola.

Čimbenici koji utječu na tlak pare

Molekuli identiteta

Kao što je već spomenuto, vrste molekularnih sila određuju količinu parnog tlaka koju treba izvršiti. Ako su sile jače, tada nastaje manji tlak pare, a ako je slabiji, tada nastaje veći tlak pare. Stoga će sastav tekućine ili krute tvari utjecati na tlak pare.

Temperatura

Viša temperatura dovodi do većeg tlaka pare jer aktivira više kinetičke energije za razbijanje molekularnih sila tako da molekule mogu brzo pobjeći od površine tekućine. Kad je tlak pare (tlak zasićene pare) jednak vanjskom tlaku (atmosferski tlak), tekućina će početi ključati. Niža temperatura rezultirat će niskim tlakom pare i trebat će vremena da tekućina prokuha.

Daltonov zakon o djelomičnim pritiscima

Što je parcijalni pritisak?

Ideju o djelomičnom pritisku prvi je predložio poznati znanstvenik John Dalton. U njemu se rodio njegov Zakon o djelomičnim pritiscima koji kaže da je ukupni tlak idealne smjese plinova jednak zbroju parcijalnih tlakova pojedinih plinova. Recimo da je određeni spremnik napunjen plinovima vodika, dušika i kisika, ukupni tlak, P_UKUPNO, bit će jednak zbroju kisika, dušika i vodika. Parcijalni tlak bilo kojeg plina u toj smjesi izračunava se množenjem ukupnog tlaka s molarnim udjelom pojedinačnog plina.

Ukratko, parcijalni tlak je pritisak koji vrši određeni plin u smjesi, kao da djeluje sam u sustavu. Tako zanemarite ostale plinove kad određujete parcijalni tlak pojedinačnog plina. Ova se teorija može potvrditi ubrizgavanjem, recimo, 0,6 atm O₂ u spremnik od 10 L pri temperaturi od 230 K, a zatim ubrizgavanjem 0,4 at N₂ 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 pojedinačnog plina u mješavini nereaktivnih plinova.

Izračunavanje parcijalnog tlaka

Izračunati parcijalni tlak je apsolutni povjetarac, jer Daltonov zakon [1] predviđa odredbe za to. Ovisit će o uobičajenim informacijama. Ako je, na primjer, ukupni tlak dan za mješavinu plina A i B, kao i tlak plina A, parcijalni tlak B može se izračunati pomoću P_UKUPNO = P + P_B. Ostalo su algebarske manipulacije. Ali u slučaju kada je dan samo ukupni tlak smjese, možete upotrijebiti molarni udio plina B da biste utvrdili parcijalni tlak. Molarni udio označen s X može se naći dijeljenjem molova plina B na ukupne molove plinske smjese. Zatim da biste pronašli parcijalni tlak, umnožit ćete molarni udio X u ukupnom tlaku. Primjer u nastavku to razrađuje.

Primjer 2.

Smjesa dušika i kisika, s 2,5 mola i 1,85 mola, ubrizgava se u 20,0L spremnik s ukupnim tlakom 4 atm; izračunajte parcijalni tlak koji djeluje na plin kisik.

Riješenje:

Ukupni broj molova u smjesi je 2,5 + 1,85 = 4,35 molova. Dakle, molarni udio kisika, X_o, bit će 1,85 molova / 4,35 molova = 0,425 molova. Parcijalni tlak kisika iznosit će 0,425 * 4atm = 1,7 atm. Parcijalni tlak preostalog plina može se izračunati slijedeći isti pristup ili se može izračunati korištenjem plina kisika i ukupnog tlaka razrađenog Daltonovim zakonom parcijalnih tlaka da je ukupni tlak nereaktivnih plinova jednak zbroju djelomični pritisci.

Razlika između parnog i parcijalnog tlaka

Iz gornjih objašnjenja vidljivo je da su parni tlak i parcijalni tlak dva različita pritiska. Tlak para se odnosi na tekuću i čvrstu fazu, dok parcijalni tlak djeluje na plinovitu fazu. Tlak pare djeluje u faznom prijelazu nakon što je otopini dodano dovoljno topline, što dovodi do toga da njegove molekule izađu u zatvorenom sustavu.

Glavna razlika između parcijalnog i parnog tlaka je u tome što je parcijalni tlak pritisak pojedinačnog plina u mješavini kao da je sam u tom sustavu, dok se parni tlak odnosi na tlak koji para stvara u svojoj termodinamičkoj ravnoteži s kondenzirano stanje tekuće ili krute tvari. Tablica u nastavku daje sažetu usporedbu ovih pritisaka.

Tlak pare	Djelomični pritisak
U ravnoteži je djeluje pomoću tekuće ili čvrste pare na svojoj kondenziranoj fazi	Izdvajaju ga pojedinačni plinovi u nereaktivnoj plinskoj smjesi
Dobro objašnjeno Raoultovim zakonom	Dobro objašnjeno Daltonovim zakonom
Primjenjivo u čvrstim i tekućim fazama	Primjenjivo samo u plinovitim fazama
Neovisno o površini ili volumenu sustava	Izračunato pomoću plinova u istom volumenu
Izračunato pomoću molne frakcije rastvora	Izračunato pomoću molnog udjela plina

Zamotati!

Parni tlak i parcijalni tlak dva su važna znanstvena izraza koja se koriste za određivanje učinaka sila koje primjenjuju para i plinovi u određenom zatvorenom sustavu na određenim temperaturama. Njihova glavna razlika je područje primjene s tlakom pare koji se primjenjuje na tekuću ili čvrstu fazu, dok se parcijalni tlak primjenjuje na pojedinačni plin u mješavini idealnih plinova u danom volumenu.

Parcijalni tlak se izračunava lako slijedeći Daltonov zakon parcijalnih tlaka, dok se parni tlak izračunava primjenom Raoultovog zakona. U bilo kojoj mješavini, svaka plinska komponenta vrši vlastiti pritisak, koji se naziva parcijalni tlak neovisan o ostalim plinovima. A kad udvostručite molove bilo koje komponente s temperaturom koja ostaje konstantna, povećavat ćete njezin parcijalni tlak. Prema relaciji Clausius-Clapeyron [2], tlak pare raste kako temperatura raste.

Uz gore navedene podatke, trebali biste moći razlikovati parni tlak od parcijalnog tlaka. Također biste trebali biti u mogućnosti izračunati ih molarnim udjelima i množiti ih s ukupnim tlakom. Dali smo vam tipične primjere za razradu primjene ovih pritisaka.