Jika dalam suatu ruang yang berisi uap suatu zat cair dapat terjadi penguapan lebih lanjut terhadap zat cair tersebut, maka uap yang berada pada ruang tersebut disebut uap tak jenuh.
Dengan mengubah volume uap tak jenuh, kita akan melihat bahwa tekanannya juga berubah: seiring dengan penurunan volume, tekanan meningkat, dan dengan peningkatan volume, tekanan menurun.
Biarkan tabung B dinaikkan sedemikian tinggi sehingga berisi uap tak jenuh. Tekanan uap ini sama dengan H – h, dimana H – Tekanan atmosfer. Jika tabung diturunkan setelahnya, kadar merkuri di dalamnya akan berkurang: h 1< h, а это показывает, что давление пара возрастает (H – h 1 >H - H). Tekanan uap akan meningkat hingga uap menjadi jenuh. Cairan akan muncul di atas air raksa. Sejak uap jenuh, tekanannya akan menjadi konstan dan sama dengan H – h 2. Ini akan menjadi tekanan uap tertinggi pada suhu tertentu.?
Steam menghasilkan tekanan paling besar pada suhu tertentu dalam keadaan jenuh.
Secara grafis, peralihan uap tak jenuh menjadi cair dengan memperkecil volumenya tanpa mengubah suhu ditunjukkan oleh kurva ABCD. Bagian AB dari kurva ini menunjukkan uap tak jenuh, titik B menunjukkan keadaan jenuh, garis BC menunjukkan kondensasi uap, dan CD menunjukkan cairan. Kurva ABCD disebut isoterm uap-cair.
Uap tak jenuh dapat dibawa ke keadaan jenuh tidak hanya dengan mengurangi volumenya, tetapi juga dengan menurunkan suhunya. Jadi, jika eter dituangkan pada bagian luar tabung B, maka eter yang menguap akan mendinginkannya, akibatnya uap tak jenuh akan masuk ke keadaan jenuh, sebagian berubah menjadi cair.
Sifat uap ini menjelaskan pengabutan benda-benda dingin yang dibawa masuk ruangan yang hangat, pembentukan kabut, embun, dll. Jadi, peralihan uap dari keadaan tak jenuh ke keadaan jenuh dicapai dengan dua cara: 1) menurunkan suhu dan 2) meningkatkan tekanan (mengurangi volume).
Transisi terbalik dari keadaan jenuh ke keadaan tidak jenuh dicapai: 1) tanpa mengubah suhu dengan menurunkan tekanan (menambah volume) dan 2) meningkatkan suhu uap.
Jika Anda memanaskan tabung yang berisi uap jenuh dengan hati-hati, cairan di atas air raksa akan menguap secara bertahap, dan dengan pemanasan lebih lanjut akan terdapat uap tak jenuh di atas air raksa.
Dalam bidang teknik, uap tak jenuh yang dihasilkan oleh uap jenuh yang terlalu panas disebut uap super panas. Untuk bekerja mesin uap Saat ini, uap super panas yang digunakan secara eksklusif, memiliki suhu 150 hingga 600 ° C.
Uap yang tidak setimbang dengan cairannya disebut tak jenuh.
Untuk cairan yang berbeda, kesetimbangan dinamis dengan uap terjadi pada kepadatan uap yang berbeda. Alasannya adalah perbedaan kekuatan interaksi antarmolekul. Dalam cairan yang gaya tarik menarik antarmolekulnya kuat, seperti merkuri, hanya molekul “tercepat”, yang jumlahnya tidak signifikan, yang dapat terbang keluar dari cairan tersebut. Oleh karena itu, untuk cairan seperti itu, yang sudah berada pada kepadatan uap yang rendah, terjadi keadaan kesetimbangan. Dalam cairan yang mudah menguap dengan gaya tarik menarik antar molekul yang rendah, misalnya eter, pada suhu yang sama banyak molekul yang dapat terbang keluar dari cairan tersebut. Oleh karena itu, keadaan kesetimbangan hanya terjadi pada kepadatan uap yang signifikan.
Uap jenuh mempunyai massa jenis dan tekanan maksimum pada suhu tertentu.
§ 6.3. Isoterm gas nyata
Untuk penjelasan lebih rinci tentang kondisi di mana transformasi timbal balik antara gas dan cairan dimungkinkan, pengamatan sederhana terhadap penguapan cairan saja tidak cukup. Penting untuk memantau dengan cermat perubahan tekanan gas nyata tergantung pada volumenya pada suhu yang berbeda.
Biarkan ada karbon dioksida di dalam silinder di bawah piston (Gbr. 6.3). Kita akan memampatkannya secara perlahan saat kita melakukan usaha pada gas, sehingga energi dalam gas akan meningkat. Jika kita ingin melakukan proses pada suhu konstan T, maka Anda perlu memastikan pertukaran panas yang baik antara silinder dan lingkungan. Untuk melakukan ini, Anda dapat menempatkan silinder dalam bejana besar berisi cairan bersuhu konstan (termostat) dan mengompres gas dengan sangat lambat sehingga panas memiliki waktu untuk berpindah dari gas ke benda di sekitarnya.
Dengan melakukan percobaan ini, Anda dapat memperhatikan bahwa pada awalnya, ketika volumenya cukup besar ( V > V 2 , lihat gambar. 6.3), tekanan karbon dioksida meningkat dengan penurunan volume sesuai dengan hukum Boyle-Mariotte, dan kemudian dengan peningkatan tekanan lebih lanjut, penyimpangan kecil dari hukum ini diamati. Hubungan antara tekanan dan volume gas digambarkan secara grafis pada kurva Gambar 6.3 AB.
Dengan penurunan volume lebih lanjut, dimulai dari nilainya V 2 , tekanan dalam silinder di bawah piston berhenti berubah. Jika Anda melihat ke dalam silinder melalui jendela penglihatan khusus, Anda akan melihat bahwa sebagian volume silinder ditempati oleh cairan transparan. Artinya gas (uap) berubah menjadi uap jenuh, dan sebagian lagi menjadi cair yaitu mengembun.
Saat kita terus menekan isi silinder, kita akan melihat bahwa jumlah cairan di dalam silinder bertambah, dan ruang yang ditempati oleh uap jenuh berkurang. Tekanan yang ditunjukkan oleh pengukur tekanan tetap konstan sampai seluruh ruang di bawah piston terisi cairan. Proses ini digambarkan pada Gambar 6.3 per bagian Matahari seni grafis.
Selanjutnya dengan sedikit penurunan volume, dimulai dari nilainya V3, tekanan meningkat sangat tajam (bagian CD seni grafis; lihat gambar. 6.3). Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa cairan memiliki kompresibilitas yang buruk.
Karena proses yang dipertimbangkan terjadi pada suhu konstan T, grafiknya ABCD (lihat Gambar 6.3), menggambarkan ketergantungan tekanan gas R dari volume V, disebut isoterm gas nyata. Merencanakan AB (V > V 2 ) sesuai dengan uap tak jenuh, luas Matahari (V 3 < V < V 2 ) - keadaan kesetimbangan cairan dan uap jenuhnya, dan bagiannya CD (V < V 3 ) - keadaan cair suatu zat.
Eksperimen menunjukkan bahwa isoterm zat lain mempunyai bentuk yang sama jika suhunya tidak terlalu tinggi.
Proses evaporasi dan kondensasi terjadi secara terus menerus dan sejajar satu sama lain.
Dalam bejana terbuka, jumlah cairan berkurang seiring waktu, karena penguapan lebih dominan dibandingkan kondensasi.
Uap yang berada di atas permukaan zat cair ketika penguapan terjadi melebihi kondensasi atau uap tanpa adanya cairan disebut tak jenuh.
Dalam bejana yang tertutup rapat, ketinggian cairan tidak berubah seiring waktu, karena penguapan dan kondensasi saling mengimbangi: semakin banyak molekul yang terbang keluar dari cairan, jumlah molekul yang sama kembali ke cairan pada saat yang sama, dan keseimbangan dinamis (bergerak) terjadi antara uap dan cairannya.
Uap yang berada dalam kesetimbangan dinamis dengan cairannya disebut jenuh.
Pada suhu tertentu, uap jenuh suatu cairan mempunyai massa jenis paling tinggi ( ) dan menciptakan tekanan maksimum ( ) yang dimiliki uap cairan ini pada suhu ini.
Tekanan dan massa jenis uap jenuh pada suhu yang sama bergantung pada jenis zat: tekanan yang lebih besar menciptakan uap jenuh dari cairan yang menguap lebih cepat. Misalnya, dan
Sifat-sifat uap tak jenuh: Uap tak jenuh mematuhi hukum gas Boyle - Mariotte, Gay-Lussac, Charles, dan persamaan keadaan gas ideal dapat diterapkan padanya.
Sifat-sifat uap jenuh:1. Pada volume konstan, dengan meningkatnya suhu, tekanan uap jenuh meningkat, tetapi tidak berbanding lurus (hukum Charles tidak terpenuhi), tekanan meningkat lebih cepat dibandingkan gas ideal. , dengan meningkatnya suhu ( ) , massa uap bertambah, dan oleh karena itu konsentrasi molekul uap meningkat () dan tekanan uap jenuh akan meleleh karena dua alasan (
3 1 – uap tak jenuh (gas ideal);
2 2 - uap jenuh; 3 – uap tak jenuh,
1 diperoleh dari uap jenuh di tempat yang sama
Volume saat dipanaskan.
2. Tekanan uap jenuh pada suhu konstan tidak bergantung pada volume yang ditempatinya.
Ketika volume bertambah, massa uap meningkat, dan massa cairan berkurang (sebagian dari cairan berubah menjadi uap); ketika volume berkurang, uap menjadi lebih kecil dan cairan menjadi lebih besar (sebagian dari uap berubah menjadi cair), sedangkan massa jenis dan konsentrasi molekul uap jenuhnya tetap konstan, oleh karena itu tekanannya tetap konstan ().
cairan
(duduk. uap + cairan)
Tak jenuh uap
Uap jenuh tidak mematuhi hukum gas Boyle - Mariotte, Gay-Lussac, Charles, karena massa uap dalam proses tidak tetap konstan, tapi segalanya hukum gas diperoleh massa konstan. Persamaan keadaan gas ideal dapat diterapkan pada uap jenuh.
Jadi, uap jenuh dapat diubah menjadi uap tak jenuh dengan memanaskannya pada volume konstan atau dengan meningkatkan volumenya pada suhu konstan. Uap tak jenuh dapat diubah menjadi uap jenuh dengan mendinginkannya pada volume konstan atau dengan mengompresinya pada suhu konstan.
Kondisi kritis
Adanya permukaan bebas suatu zat cair memungkinkan untuk menunjukkan di mana letak fasa cair suatu zat dan di mana letak fasa gas. Perbedaan tajam antara cairan dan uapnya dijelaskan oleh fakta bahwa massa jenis cairan jauh lebih besar daripada massa jenis uap. Jika suatu zat cair dipanaskan dalam bejana yang tertutup rapat, maka massa jenisnya akan berkurang karena pemuaian, dan massa jenis uap di atasnya akan bertambah. Artinya, perbedaan antara cairan dan uap jenuhnya diperhalus dan cukup suhu tinggi menghilang sepenuhnya. Suhu di mana perbedaan properti fisik antara zat cair dan uap jenuhnya sehingga massa jenisnya menjadi sama disebuttemperatur kritis.
Titik kritis
Agar cairan dapat terbentuk dari gas, energi potensial rata-rata tarikan molekul harus melebihi energi kinetik rata-ratanya.
Temperatur kritis – suhu maksimum di mana uap berubah menjadi cair. Suhu kritis bergantung pada energi potensial interaksi antar molekul dan oleh karena itu berbeda untuk gas yang berbeda. Karena interaksi yang kuat molekul air, uap air dapat diubah menjadi air bahkan pada suhu . Pada saat yang sama, pencairan nitrogen hanya terjadi pada suhu yang lebih rendah dari = -147˚, karena molekul nitrogen berinteraksi lemah satu sama lain.
Parameter makroskopis lain yang mempengaruhi transisi uap-cair adalah tekanan. Dengan meningkatnya tekanan eksternal selama kompresi gas, jarak rata-rata antar partikel berkurang, gaya tarik-menarik di antara partikel-partikel tersebut meningkat dan, dengan demikian, energi potensial rata-rata interaksinya meningkat.
Tekananuap jenuh pada suhu kritisnya disebut kritis. Ini adalah tekanan uap jenuh tertinggi yang mungkin terjadi pada suatu zat.
Keadaan materi dengan parameter kritis disebut kritis(titik kritis) . Setiap zat mempunyai suhu dan tekanan kritisnya masing-masing.
Dalam keadaan kritis, panas spesifik penguapan dan koefisien tegangan permukaan cairan hilang. Pada suhu di atas kritis, bahkan pada tekanan yang sangat tinggi, transformasi gas menjadi cair tidak mungkin dilakukan, yaitu. Cairan tidak bisa berada di atas suhu kritis. Pada suhu superkritis, hanya keadaan uap suatu zat yang mungkin terjadi.
Pencairan gas hanya mungkin terjadi pada suhu di bawah suhu kritis. Untuk mencairkan, gas didinginkan hingga suhu kritis, misalnya melalui pemuaian adiabatik, dan kemudian dikompresi secara isotermal.
Mendidih
Secara eksternal, fenomenanya terlihat seperti ini: Gelembung yang tumbuh dengan cepat naik dari seluruh volume cairan ke permukaan, pecah di permukaan, dan uap dilepaskan ke lingkungan.
MKT menjelaskan perebusan sebagai berikut: Selalu ada gelembung udara dalam cairan, penguapan terjadi di dalamnya. Volume gelembung yang tertutup ternyata tidak hanya diisi dengan udara, tetapi juga dengan uap jenuh. Ketika cairan dipanaskan, tekanan uap jenuh di dalamnya meningkat lebih cepat daripada tekanan udara. Ketika, dalam cairan yang cukup panas, tekanan uap jenuh dalam gelembung menjadi lebih besar daripada tekanan eksternal, volumenya meningkat, dan gaya apung yang melebihi gravitasinya mengangkat gelembung ke permukaan. Gelembung yang mengapung mulai pecah ketika, pada suhu tertentu, tekanan uap jenuh di dalamnya melebihi tekanan di atas cairan. Suhu suatu zat cair yang tekanan uap jenuhnya di dalam gelembung sama dengan atau melebihi tekanan luar pada zat cair disebut titik didih.
Titik didih berbagai cairan berbeda-beda, Karena tekanan uap jenuh dalam gelembungnya dibandingkan dengan tekanan eksternal yang sama pada suhu berbeda. Misalnya, tekanan uap jenuh dalam gelembung sama dengan tekanan atmosfer normal untuk air pada 100˚C, untuk merkuri pada 357˚C, untuk alkohol pada 78˚C, untuk eter pada 35˚C.
Titik didih tetap konstan selama proses perebusan, Karena semua panas yang disuplai ke cairan yang dipanaskan dihabiskan untuk penguapan.
Titik didih bergantung pada tekanan eksternal pada cairan: dengan meningkatnya tekanan, suhu meningkat; Ketika tekanan berkurang, suhu menurun. Misalnya pada ketinggian 5 km dpl yang tekanannya 2 kali lebih rendah dari tekanan atmosfer, titik didih air adalah 83˚C, pada boiler mesin uap tekanan uapnya 15 atm. (), suhu air sekitar 200˚С.
Kelembaban udara
Selalu ada uap air di udara, sehingga kita dapat berbicara tentang kelembaban udara, yang ditandai dengan nilai-nilai berikut:
1.Kelembapan mutlak adalah kepadatan uap air di udara (atau tekanan yang dihasilkan uap ini (.
Kelembaban mutlak tidak memberikan gambaran tentang derajat kejenuhan udara dengan uap air. Jumlah uap air yang sama pada suhu yang berbeda menciptakan rasa kelembapan yang berbeda.
2.Kelembaban relatif- adalah perbandingan massa jenis (tekanan) uap air yang terkandung di udara pada suhu tertentu dengan massa jenis (tekanan) uap jenuh pada suhu yang sama :
atau
– kelembaban absolut pada suhu tertentu; - kepadatan, tekanan uap jenuh pada suhu yang sama. Kepadatan dan tekanan uap air jenuh pada suhu berapa pun dapat dilihat pada tabel. Tabel tersebut menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu udara, semakin besar pula massa jenis dan tekanan uap air di udara agar menjadi jenuh.
Penuh arti kelembaban relatif, Anda dapat memahami berapa persentase uap air di udara pada suhu tertentu yang jauh dari jenuh. Jika uap di udara jenuh, maka . Jika , maka uap di udara tidak cukup untuk mencapai keadaan jenuh.
Fakta bahwa uap di udara menjadi jenuh dinilai dari munculnya uap air dalam bentuk kabut atau embun. Suhu dimana uap air di udara menjadi jenuh disebut titik embun.
Uap di udara dapat dibuat jenuh dengan menambahkan uap melalui penguapan tambahan pada cairan tanpa mengubah suhu udara, atau jika terdapat sejumlah uap di udara, turunkan suhunya.
Kelembaban relatif normal, yang paling menguntungkan bagi manusia, adalah 40 - 60%. Sangat penting memiliki pengetahuan tentang kelembaban dalam meteorologi untuk prediksi cuaca. Dalam menenun, produksi gula-gula Untuk proses normal, diperlukan kelembapan tertentu. Menyimpan karya seni dan buku memerlukan pemeliharaan kelembapan udara pada tingkat yang diperlukan.
Instrumen untuk menentukan kelembaban:
1. Higrometer kondensasi (memungkinkan Anda menentukan titik embun).
2. Higrometer rambut (prinsip operasi didasarkan pada ketergantungan panjang rambut bebas lemak pada kelembapan) mengukur kelembapan relatif sebagai persentase.
3. Psikrometer terdiri dari dua termometer, kering dan lembab. Wadah termometer yang telah dibasahi dibungkus dengan kain yang dicelupkan ke dalam air. Karena penguapan dari kain, suhu kain yang dibasahi lebih rendah dibandingkan suhu kain kering. Perbedaan pembacaan termometer bergantung pada kelembapan udara sekitar: semakin kering udara, semakin kuat penguapan dari kain, semakin besar perbedaan pembacaan termometer dan sebaliknya. Jika kelembaban udara 100%, maka pembacaan termometernya sama, yaitu. selisih bacaannya adalah 0. Untuk menentukan kelembaban udara menggunakan psikrometer digunakan tabel psikrometri.
Peleburan dan kristalisasi
Saat meleleh benda padat, jarak antar partikel yang membentuk kisi kristal bertambah, dan kisi itu sendiri hancur. Proses peleburan memerlukan energi. Jika suatu zat padat dipanaskan, maka zat tersebut akan bertambah besar energi kinetik molekul yang bergetar dan, karenanya, amplitudo getarannya. Pada suhu tertentu disebut titik lebur, urutan susunan partikel dalam kristal terganggu, kristal kehilangan bentuknya. Suatu zat melebur, berubah dari wujud padat menjadi cair.
Setelah kristalisasi Molekul berkumpul membentuk kisi kristal. Kristalisasi hanya dapat terjadi ketika cairan melepaskan energi. Saat zat cair mendingin, energi kinetik rata-rata dan kecepatan molekul menurun. Gaya tarik menarik dapat menahan partikel mendekati posisi setimbangnya. Pada suhu tertentu disebut suhu pemadatan (kristalisasi), semua molekul berada dalam posisi keseimbangan stabil, susunannya menjadi teratur - kristal terbentuk.
Peleburan zat padat terjadi pada suhu yang sama dengan saat zat tersebut membeku
Setiap zat mempunyai titik lelehnya masing-masing. Misalnya, titik leleh helium adalah -269,6˚С, untuk merkuri -38,9˚С, untuk tembaga 1083˚С.
Selama proses peleburan suhunya tetap konstan. Jumlah panas yang disuplai dari luar digunakan untuk menghancurkan kisi kristal.
Selama proses pengawetan, meskipun panas dihilangkan, suhunya tidak berubah. Energi yang dilepaskan selama kristalisasi dihabiskan untuk mempertahankan suhu konstan.
Sampai seluruh zat meleleh atau seluruh zat mengeras, yaitu. Selama fase padat dan cair suatu zat berada bersama-sama, suhunya tidak berubah.
TV+cairan cairan+TV
,
di mana jumlah panasnya, 
- jumlah panas yang diperlukan untuk melelehkan suatu zat yang dilepaskan selama kristalisasi suatu zat berdasarkan massa
- panas spesifik peleburan– banyaknya kalor yang diperlukan untuk meleburkan suatu zat bermassa 1 kg pada titik lelehnya.
Berapa banyak panas yang dikeluarkan selama peleburan suatu massa suatu zat, jumlah panas yang sama dilepaskan selama kristalisasi massa ini.
Disebut juga panas spesifik kristalisasi.
Pada titik leleh, energi dalam suatu zat dalam wujud cair lebih besar daripada energi dalam suatu zat bermassa sama dalam wujud padat.
kamu jumlah besar Ketika zat meleleh, volumenya bertambah dan massa jenisnya berkurang. Sebaliknya, ketika pengerasan, volumenya berkurang dan kepadatannya meningkat. Misalnya, kristal naftalena padat tenggelam dalam naftalena cair.
Beberapa zat, misalnya bismut, es, galium, besi tuang, dll., memadat saat meleleh, dan memuai saat mengeras. Penyimpangan ini dari peraturan umum dijelaskan oleh fitur struktural kisi kristal. Oleh karena itu airnya ternyata lebih padat dari es, es mengapung di air. Pemuaian air ketika membeku menyebabkan rusaknya batuan.
Perubahan volume logam selama peleburan dan pemadatan merupakan hal yang sangat penting dalam pengecoran.
Pengalaman menunjukkan hal itu perubahan tekanan eksternal sebesar padat tercermin dalam titik leleh zat ini. Untuk zat yang memuai selama peleburan, peningkatan tekanan luar menyebabkan peningkatan suhu leleh, karena mempersulit proses peleburan. Jika zat dikompresi selama peleburan, maka peningkatan tekanan eksternal menyebabkan penurunan suhu leleh, karena membantu proses peleburan. Hanya peningkatan tekanan yang sangat besar yang secara nyata mengubah titik leleh. Misalnya, untuk menurunkan suhu leleh es sebesar 1˚C, tekanan perlu dinaikkan sebesar 130 atm. Titik leleh suatu zat pada tekanan atmosfer normal disebut titik leleh suatu zat.
DEFINISI
Penguapan adalah proses mengubah cairan menjadi uap.
Dalam cairan (atau padatan) pada suhu berapa pun terdapat sejumlah molekul “cepat” yang energi kinetiknya lebih besar daripada energi potensial interaksinya dengan partikel lain dalam suatu zat. Jika molekul tersebut berada di dekat permukaan, mereka dapat mengatasi gaya tarik molekul lain dan terbang keluar dari cairan, membentuk uap di atasnya. Penguapan padatan sering juga disebut dengan penguapan sublimasi atau sublimasi.
Penguapan terjadi pada suhu berapa pun di mana suatu zat dapat berada dalam keadaan cair atau padat. Namun, laju penguapan bergantung pada suhu. Ketika suhu meningkat, jumlah molekul “cepat” meningkat, dan akibatnya, intensitas penguapan meningkat. Laju penguapan juga bergantung pada luas permukaan bebas zat cair dan jenis zat. Jadi, misalnya air yang dituangkan ke dalam piring akan menguap lebih cepat dari air, dituangkan ke dalam gelas. Alkohol menguap lebih cepat daripada air, dll.
Kondensasi
Jumlah cairan dalam wadah terbuka terus berkurang akibat penguapan. Namun hal ini tidak terjadi pada wadah yang tertutup rapat. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa bersamaan dengan penguapan dalam cairan (atau padat) terjadi proses sebaliknya. Molekul uap bergerak secara kacau di atas cairan, sehingga beberapa di antaranya, di bawah pengaruh tarikan molekul permukaan bebas, jatuh kembali ke dalam cairan. Proses perubahan uap menjadi cair disebut kondensasi. Proses mengubah uap menjadi padat biasa disebut kristalisasi dari uap.
Setelah kita menuangkan cairan ke dalam bejana dan menutupnya rapat, cairan akan mulai menguap dan massa jenis uap di atas permukaan bebas cairan akan meningkat. Namun, pada saat yang sama, jumlah molekul yang kembali ke cairan akan meningkat. Situasinya berbeda dalam bejana terbuka: molekul yang meninggalkan cairan mungkin tidak kembali ke cairan. Dalam bejana tertutup, seiring waktu, keadaan kesetimbangan terbentuk: jumlah molekul yang meninggalkan permukaan cairan menjadi sama dengan jumlah molekul uap yang kembali ke cairan. Kondisi ini disebut keadaan keseimbangan dinamis(Gbr. 1). Dalam keadaan keseimbangan dinamis antara cairan dan uap, penguapan dan kondensasi terjadi secara bersamaan, dan kedua proses tersebut saling mengimbangi.
Gambar.1. Fluida dalam keadaan setimbang dinamis
Uap jenuh dan tak jenuh
DEFINISI
Uap jenuh adalah uap dalam keadaan kesetimbangan dinamis dengan cairannya.
Nama “jenuh” menekankan bahwa tidak ada lagi uap yang dapat hadir dalam volume tertentu pada suhu tertentu. Uap jenuh mempunyai kepadatan maksimum pada suhu tertentu, dan oleh karena itu, memberikan tekanan maksimum pada dinding bejana.
DEFINISI
Uap tak jenuh- uap yang belum mencapai keadaan kesetimbangan dinamis.
Untuk cairan yang berbeda, saturasi uap terjadi pada berbagai kepadatan, yang disebabkan oleh perbedaan struktur molekul, yaitu. perbedaan kekuatan interaksi antarmolekul. Dalam cairan yang gaya interaksi molekulnya kuat (misalnya, dalam merkuri), keadaan kesetimbangan dinamis dicapai pada kepadatan uap yang rendah, karena jumlah molekul yang mampu meninggalkan permukaan cairan sedikit. Sebaliknya, dalam cairan yang mudah menguap dengan gaya tarik menarik molekul yang kecil, pada suhu yang sama, ia terbang keluar dari cairan. jumlah yang signifikan saturasi molekul dan uap dicapai pada kepadatan tinggi. Contoh cairan tersebut adalah etanol, eter, dll.
Karena intensitas proses kondensasi uap sebanding dengan konsentrasi molekul uap, dan intensitas proses penguapan hanya bergantung pada suhu dan meningkat tajam seiring dengan pertumbuhannya, konsentrasi molekul dalam uap jenuh hanya bergantung pada suhu cairan. . Itu sebabnya Tekanan uap jenuh hanya bergantung pada suhu dan tidak bergantung pada volume. Selain itu, dengan meningkatnya suhu, konsentrasi molekul uap jenuh dan akibatnya kepadatan dan tekanan uap jenuh meningkat dengan cepat. Ketergantungan spesifik tekanan dan kepadatan uap jenuh pada suhu berbeda-beda zat yang berbeda dan dapat ditemukan dari tabel pencarian. Ternyata uap jenuh biasanya dijelaskan dengan baik oleh persamaan Clayperon-Mendeleev. Namun, ketika dikompresi atau dipanaskan, massa uap jenuhnya berubah.
Uap tak jenuh mematuhi hukum gas ideal dengan tingkat akurasi yang memadai.
Contoh pemecahan masalah
CONTOH 1
| Latihan | Dalam bejana tertutup yang bersuhu 0,5 liter, uap air dan setetes air berada dalam kesetimbangan. Tentukan massa uap air dalam bejana tersebut. |
| Larutan | Pada suhu, tekanan uap jenuhnya sama dengan tekanan atmosfer, jadi Pa. Mari kita tulis persamaan Mendeleev-Clapeyron:
dimana kita menemukan massa uap air: Massa molar uap air ditentukan dengan cara yang sama seperti masa molar air . Mari kita ubah satuannya ke sistem SI: volume suhu uap bejana. Mari kita hitung: |
| Menjawab | Massa uap air dalam bejana adalah 0,3 gram. |
CONTOH 2
| Latihan | Dalam bejana bersuhu 1 liter, air, uap air, dan nitrogen berada dalam kesetimbangan. Volume air cair jauh lebih kecil dibandingkan volume bejana. Tekanan di dalam bejana adalah 300 kPa, tekanan atmosfer adalah 100 kPa. Temukan jumlah total zat dalam bentuk gas. Berapa tekanan parsial nitrogen dalam sistem? Berapa massa uap air? Berapa massa nitrogen? |
| Larutan | Mari kita tulis persamaan Mendeleev-Clapeyron untuk campuran gas, uap air + nitrogen: dari mana kita menemukan jumlah total zat dalam keadaan gas: Konstanta gas universal. Mari kita ubah satuannya ke sistem SI: volume tekanan bejana dalam suhu bejana . Mari kita hitung:
Menurut hukum Dalton, tekanan di dalam bejana sama dengan jumlah tekanan parsial uap air dan nitrogen: dari mana tekanan parsial nitrogen berasal: Pada suhu, tekanan uap jenuhnya sama dengan tekanan atmosfer, oleh karena itu. |
Selama penguapan, bersamaan dengan peralihan molekul dari cair ke uap, proses sebaliknya juga terjadi. Bergerak secara acak di atas permukaan cairan, beberapa molekul yang meninggalkannya kembali ke cairan lagi.
Tekanan uap jenuh.
Ketika uap jenuh dikompresi, yang suhunya dijaga konstan, kesetimbangan pertama-tama akan mulai terganggu: kepadatan uap akan meningkat, dan akibatnya, lebih banyak molekul yang berpindah dari gas ke cairan daripada dari cairan ke gas; ini akan berlanjut sampai konsentrasi uap dalam volume baru menjadi sama, sesuai dengan konsentrasi uap jenuh pada suhu tertentu (dan kesetimbangan dipulihkan). Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa jumlah molekul yang meninggalkan cairan per satuan waktu hanya bergantung pada suhu.
Jadi, konsentrasi molekul uap jenuh pada suhu konstan tidak bergantung pada volumenya.
Karena tekanan suatu gas sebanding dengan konsentrasi molekulnya, tekanan uap jenuhnya tidak bergantung pada volume yang ditempatinya. Tekanan hal 0, dimana zat cair berada dalam kesetimbangan dengan uapnya disebut tekanan uap jenuh.
Ketika uap jenuh dikompresi, sebagian besar berubah menjadi cair. Cairan menempati volume lebih sedikit dibandingkan uap dengan massa yang sama. Akibatnya, volume uap, meskipun massa jenisnya tidak berubah, berkurang.
Ketergantungan tekanan uap jenuh pada suhu.
Untuk gas ideal, ketergantungan linier tekanan pada suhu pada volume konstan adalah benar. Seperti yang diterapkan pada uap jenuh dengan tekanan hal 0 ketergantungan ini dinyatakan dengan persamaan:
hal 0 =nkT.
Karena tekanan uap jenuh tidak bergantung pada volume, maka tekanan hanya bergantung pada suhu.
Ketergantungan yang ditentukan secara eksperimental p0(T) berbeda dari ketergantungan ( hal 0 =nkT) untuk gas ideal.
Dengan meningkatnya suhu, tekanan uap jenuh meningkat lebih cepat dibandingkan tekanan gas ideal (bagian kurva AB pada gambar). Hal ini menjadi sangat jelas jika kita menggambar isochore melalui titik tersebut A(garis putus-putus). Hal ini terjadi karena bila suatu zat cair dipanaskan, sebagiannya berubah menjadi uap, dan massa jenis uap tersebut bertambah. Oleh karena itu, menurut rumus ( hal 0 =nkT), tekanan uap jenuh meningkat tidak hanya sebagai akibat dari peningkatan suhu cairan, tetapi juga karena peningkatan konsentrasi molekul (densitas) uap. Perbedaan utama perilaku gas ideal dan uap jenuh adalah perubahan massa uap dengan perubahan suhu pada volume konstan (dalam bejana tertutup) atau dengan perubahan volume pada suhu konstan. Hal seperti ini tidak dapat terjadi pada gas ideal (teori kinetik molekuler gas ideal tidak menjelaskan transisi fasa gas menjadi cair).
Setelah seluruh cairan menguap, perilaku uap akan sesuai dengan perilaku gas ideal (bagian Matahari kurva pada gambar di atas).
Uap tak jenuh.
Jika dalam suatu ruang yang mengandung uap suatu zat cair dapat terjadi penguapan lebih lanjut terhadap zat cair tersebut, maka uap yang berada pada ruang tersebut adalah tak jenuh.
Uap yang tidak setimbang dengan cairannya disebut tak jenuh.
Uap tak jenuh dapat diubah menjadi cairan dengan kompresi sederhana. Ketika transformasi ini dimulai, uap yang berada dalam kesetimbangan dengan cairan menjadi jenuh.