Равновесие жидкость-пар: давление насыщенного пара жидкостей Теоретическое введение

При кипении жидкости происходит ее испарение. При этом поглощаемая теплота расходуется на преодоление сил взаимодействия между молекулами в жидкости. Связь между теплотой испарения жидкости, температурой и давлением насыщенного пара выражается уравнением Клаузиуса-Клапейрона в дифференциальной форме:

где Р – давление насыщенного пара, Т – термодинамическая температура; − мольная теплота испарения; R – универсальная газовая постоянная.

Интегральная форма уравнения Клаузиуса-Клапейрона будет:

, (6)

где В – постоянная интегрирования.

Уравнение (6) является уравнением прямой линии. Имея ряд экспериментальных значений зависимости давления насыщенного пара жидкости от температуры, можно построить график в координатах lnР = f(1/Т). Соответствующий график показан на рис. 3.

П о тангенсу угла наклона прямой находят мольную теплоту испарения жидкости:

;

Постоянная интегрирования имеет простой физический смысл. Если взять Т=Т_кип и Р = 1 атм, то = const ∙ R = . Таким образом, и уравнение (6) приобретает вид

. (7)

Зная мольную теплоту испарения жидкости, находят ее удельную теплоту испарения:

, (8)

где l_исп – удельная теплота испарения; М – молярная масса жидкости.

Отношение теплоты к температуре в изотермическом процессе равно изменению энтропии. Следовательно, изменение энтропии при испарении жидкости

, (9)

где − изменение энтропии при испарении 1 моля жидкости; К – постоянная Труттона; − температура кипения жидкости при нормальном давлении.

По значению удельной теплоты испарения жидкости можно найти еще одну величину – эбуллиоскопическую константу:

. (10)

Работа 3

Определение давления насыщенного пара индивидуальной жидкости

Цель работы: ознакомление с методикой определения давления насыщенного пара жидкости и расчет некоторых термодинамических величин.

Теоретические основы работы

(см. теоретическое введение)

Эксперимент выполняется на установке, схема которой показана на рис. 8.

Приборы и материалы: колба с исследуемой жидкостью, вакуумметр, электронагреватель с водяной баней, водоструйный насос.

Порядок выполнения работы

1. Поместить колбу с исследуемой жидкостью на водяную баню так, что бы уровень водяной бани был выше уровня исследуемой жидкости в колбе (Рис. 3).

. 2. Открыть кран 1, при закрытом кране 2 и водоструйным насосом 3 создать в системе разряжение до отметки на вакуумметре 75 − 80, что соответствует 0,25 − 0,20 атм. Если установка герметична, то стрелка вакуумметра должна держаться на постоянном уровне. В противном случае надо найти место подсоса и добиться герметичности (смазать шлифы, проверить все соединения в установке).

3. Осторожно пустить воду в холодильник от водопроводного крана 4. Включить электронагреватель и следить за жидкостью в колбе. Когда начнется интенсивное кипение жидкости, записать ее температуру кипения и показания вакуумметра Р_В.

4. Осторожно открыть кран 2, соединяющий прибор с атмосферой, чтобы давление увеличилось приблизительно на 0,1 атм, и аналогично измерить температуру кипения при новом давлении.

Таким образом, давление доводят до атмосферного, сделав 10 – 12 отсчетов.

5. Результаты опытов занести в табл. 3 и показать преподавателю.

Таблица 3

Опыт	t, 0С	Т, К	1/Т	Показания вакуумметра РВ	Давление в колбе РК = (1-РВ), атм.	lnРК
1 2 3 . . . и т.д.

6. На миллиметровой бумаге построить график, отложив на оси ординат lnР, а на оси абсцисс – 1/Т. По уравнениям (7 – 10) рассчитать молярную и удельную теплоту испарения жидкости, постоянную Труттона и эбуллиоскопическую константу для изученной жидкости.

Контрольные вопросы

1. Что называется насыщенным паром?

2. Что характеризует уравнение Клаузиуса-Клапейрона?

3. Как определить константы уравнения Клаузиуса-Клапейрона?

4. Какой физический смысл константы интегрирования в уравнении Клаузиуса-Клапейрона?

5. Что характеризует эбуллиоскопическая константа и в каких единицах измерения выражается?

6. Что характеризует постоянная Труттона?