Mavzu:Suyuqlikning To’yingan bug’ bosimi
Reja:
1.Kirish
2.Amaliy qism
Suyuqliklarning to‘yingan bug‘ bosimini o’lchash
3.Hisoblash natijalari
Suyuqliklarning to‘yingan bug‘ bosimini dinamik usulda aniqlash
4. Adabiyotlar
Kirish
Suyuqliklarning bug`lanishi sirt bo`yicha ham, uning butun hajmi bo`yicha bug` pufakchalari hosil bo`lishi (qaynashi) yo`li bilan ham yuz berishi mumkin. Bunda ikkinchi hol, xohlagan temperaturada yuz beradigan sirt bo`yicha bug`lanishdan farqli ravishda, faqat ma'lum temperaturada, ya'ni to`yingan bug` bosimi suyuqlik sirtidagi bosimga teng bo`ladigan temperaturada yuz beradi. Bosim ortishi bilan qaynash temperaturasi ortadi, kamayishi bilan esa kamayadi. Bir jinsli suyuqliklarda to`yingan bug` bosimi har bir temperatura uchun bir xil miqdorga ega bo`ladi, suyuqlik va bug`ning miqdoriy nisbatiga bog`lik bo`lmaydi. Suyuqlik aralashmalarida esa suyuqlik tarkibidagi turli molekulalarning o`zaro ta'siri bug`lanishni qiyinlashtiradi. Bu holda aralashma bug`larida yengil bug`lanuvchi suyuqlik bug`larining nisbati, uning ayrim holatidagi bug`lariga qaraganda ko`proq bo`ladi. Bu holda umumiy bug` bosimi partsial bug` bosimlar yig`indisiga teng. Shunday qilib, aralashmalar bug`langanda suyuq fazada yengil komponent kamayib boradi, ya'ni yengil komponent suyuq fazadagiga nisbatan bug` fazada ko`proq nisbatda bo`ladi.
Klauzius-Klapeyron tenglamasi
Suyuqlik yoki qattiq jism bilan muvozanatda turgan bug’ga to’yingan bug’ deyiladi. Suyultirigan eritmalarda bug‘ bosimini kattaligi erigan moddaning konsentrasiyasiga va absolyut temperaturaga proporsional bo'ladi, bu bog'lanishni Vant-Goff gazlarning xolati tenglamasiga o'xshash tenglama bilan ifodalaydi.
Posm = CRT
bunda: Posm- eritmaning osmotik bosimi
C - eritmaning molyar konsentrasiyasi
R - gazlarning universal doimiysi
T - absolyut temperatura
Eritmaning molyar konsentrasiyasi m/MV ga teng bo'lgani uchun, bu ifodani C o’rniga kuysak, Vant-Goff tenglamasi kuyidagi kurinishga tugri keladi:
Posm = mRT/MV
bunda M-erigan moddaning molekulyar massasi.
m - erigan moddaning grammlarda ifodalangan massasi
V - eritmaning litrda ifodalangan xajmi
Berk idishdagi suyuqlik yuzasidagi bushlikda suyuqlikning buglanish va buglangan suyuqlikning kondensatlanishi orasida muvozanat vujudga keladi. Suyuqlik bilan muvozanatda bo'lgan bug tuyingan bug deyiladi. Tuyingan bugning idish devoriga beradigan bosimi shu suyuqlikning tuyingan bug bosimi deyiladi. Tuyingan bug bosimi temperaturaga bog'liq bo'lib, ayni moddaning xarakterli xususiyati xisoblanadi. Suyuqlikda uchuvchan bulmagan modda eritilsa, eritmaning bug bosimi P1 toza erituvchining bug bosimi P ga nisbatan kamayadi. Bu farqni (P-P1) eritmani bug bosimini pasayishi deyiladi va u P bilan belgilanadi. Eritma bug bosimini pasayishining toza erituvchini bug bosimiga nisbati P/P eritma bug bosimining nisbiy pasayishi deyiladi. Eritma ustidagi bug bosimining nisbiy pasayishi erigan modda mollar sonining erituvchi va eruvchi moddalar mollar soni yigindisining nisbatiga son jixatdan teng bo'ladi (Raul qonuni).
bunda P- eritma bug bosimining pasayishi
Po - toza erituvchining bug bosimi
n1 - erigan moddaning mollar soni
n - erituvchi moddaning mollar soni
Biror moddaning to’yingan bug’ bosimi uning tabiatiga va haroratga bog’liq bo’lib, bug’ning hajmiga, shuningdek boshqa gazsimon aralashmalar bosimiga bosimiga bog’liq emas, agar ular shu suyuqlikda yoki qattiq jismda qiyin eruvchan bo’lsa. Suyuqlik va bug’ orasidagi muvozanat dinamik muvozanatdir: fazalar uzluksiz ravishda zarrachalar bilan almashinib turadi, bunda vaqt birligi ichida bir birlik chegara sirtidan bug’ga qancha zarracha o’tsa, shunchasi suyuqlikka qaytadi. Harorat bilan suyuqlikning to’yingan bug’ bosimi orasidagi bog’liqlikni keltirib chiqaramiz. To’yingan bug’ning kimyoviy potensiali
µb=µc=µc0
unda
µb= µb0 + RTlnpto’y= µc0
µc0 - µb0 = RTlnpto’y
O’z navbatida, suyuqlik va bug’larning standart kimyoviy potensiallarining farqi kondetsatlanish jarayonidagi izobar potensialning o’zgarishiga teng:
RTlnpto’y=∆Gkon
Bundan
= ( )
( ) =
= -
Bu yerda – kondensatlanish entalpiyasining o’zgarishidir. Kondensatlanish issiqligini mutlaq qiymati bo’yicha unga teng bo’lgan, lekin qarama-qarshi ishorali molyar bug’lanish issiqligi bilan almashtirib
=
ni olamiz. Xuddi shunday qattiq modda to’yingan bug’ bosimining haroratga bog’liqligini chiqarish mumkin. Bu tenglama Klauzius-Klapeyron tenglamasi deyiladi.
Bu tenglama bug’ bosimining temperatura ta’sirida o’zgarishini va bir fazadan o’tishda temperatura(muzlash, qaynash, haydalish, qattiq moddalarning bir holatdan ikkinchi holatga o’tishi va hokazo) bosimga bog’liq o’zgarishini ifodalaydi. Bu tenglamani quyidagicha keltirib chiqarish ham mumkin:
Gibbs energiyasi bosim va temperaturaning funksiyasidir.
G=f(T,P)
Undan xususiy hosila olamiz:
dG=
O’rniga qo’yamiz:
dG=VdP-SdT
Bu funksiyaga qo’shimcha parametr sifatida mollar sonini kiritsak:
G=f(P,T,n1,n2,…,ni)
Xususiy hosila olsak:
dG=
ni bo’yicha xususiy hosilalarni yig’amiz:
dG=
µ
P=const. T=const.
dG=
Agar biror toza modda bir agregat holatdan 2-agregat holatga yoki bir shakldan 2-shaklga o’tayotgan jarayon termodinamik qaytar bo’lsa, bu moddaning kimyoviy potensiali:
µ(I)=-S(I)dP+V(I)dP
µ(II)=-S(II)dT+V(II)dP
Fazalar muvozanatda bo’lganda:
µ (I)=µ(II)
Demak:
-S(I)dP+V(I)dP=-S(II)dT+V(II)dP
(S(II)-S(I))dT=(V(II)-V(I))dP
=
∆S=
Fazaviy o’tishlar izobarik ravishda borganligi uchun:
QP = H ∆S =
Bu yerda
∆H-fazaviy o’tish issiqligi
= Klapeyron tenglamasi
∆V = Vbug’-Vsuy
Vbug’>>Vsuy
Shuning uchun:
∆V≈Vbug’
O’rniga qo’ysak:
=
Bug’ ideal gaz qonunlariga buysunadi deb faraz qilsak:
V =
V ning qiymatini oldingi formulaga qo’ysak:
= Klauzius-Klapeyron tenglamasi.
Bu tenglama integrallansa (H temperatura ta’sirida o’zgarmaydi deb faraz qilsak):
lnP =- +C
Natural logarifmdan o’nli logarifmga o’tilsa:
lgP = -
Bu tenglamani chiqarishda bug’ ideal gaz qonunlariga bo’ysunadi deb hisoblangan; aslida bug’ bu qonunlarga to’la buysunmaydi. Shuning uchun ham Klauzius-Klapeyron tenglamasi taqribiydir.
Bu tenglama bug’ning bosimi temperaturaga bog’liq holda o’zgarishini miqdoriy jihatdan ifoda etadi. Bu tennglamaga muvofiq, ordinatalar o’qiga lgP, absissalar o’qiga ni qo’ysak, to’g’ri chiziq hosil bo’ladi. Bu chiziqda
tgα = ∆H = 2,3Rtgα
bo’lgani sababli, temperatura o’zgarishi bilan bug’ bosimining naqadar keskin yoki sust o’zgarishi fazaviy o’tish issiqlik qiymatiga bog’liq bo’ladi. Bundan tashqari, tgα orqali fazaviy o’tish issiqlik qiymatini hisoblab topish mumkin.
Masala.
Suv 100C0da 1atm bosimda 1g suvni bug’ga aylantirish uchun 539kal issiqlik kerak bo’lsa, qanday bosimda suv 1970 da qaynaydi?
Yechish:
Klauzius-Klapeyron tenglamasini quyidagi ko’rinishda yozib olamiz:
=
Tenglamani P1 dan P2 gacha va T1 dan T2 gacha integrallaymiz:
ln
O’nli logarifmga o’tkazsak:
lg
∆H=539·18; P1=1atm; R=1,987 ; T1=3730; T2=470,2; P2=?
Lg
P2=20atm.
Demak, 20atm bosimda suv 1970 da qaynaydi.
o’rtacha bosimda suvning holat diagrammasi
Bu diagrammada OC bug’lanish chizig’i bo’lib qaynash tempraturasining bosim bilan o’zgarishini, OB suyuqlanish (muzlash) chizig’i bo’lib muzlash tempraturasining bosim bilan o’zgarishini, OA sublimatlanish chizig’i bo’lib sublimatlanish tempraturasining bosim bilan o’zgarishini tasvirlaydi. Klauzius – Klapeuron tenglamasiga muvofiq:
=
o’tish tempraturasining bosim bilan o’zgarishi V2–V1 ayirmasi bilan belgilanadi. V2,V1 yuqori va pastki tempraturalarga mansub holatlarning solishtirma hajmlar turiga mansub. Suv uchun bug’lanish va sublimatlanish jarayonida Vbug’>Vsuyuq , Vbug’>Vqattiq demak . ya’ni bosim oshishi bilan qaynash va sublimatlanish tempraturalari oshadi. P-T diagrammasida OA, OC chiziqlari o’ng tomonga og’gan. Aksincha Vmuz>Vsuv bo’lganidan bo’ladi va bosim oshishi bilan suyuqlanish tempraturasi pasayadi. Shunga ko’ra OB egrisi chapga og’gan. Diagrammaning COB sohasi suv, BOA sohasi muz va AOC sohasi bug’ sohasini ifodalab, suvni tegishli agregat holatda barqaror mavjud bo’lish sharoitidir. OD chiziq o’ta sovutilgan suvga mansub bo’lib, suvning metastabil mavjudlik holatiini ifodalaydi. Har qaysi soha, masalan, 1-nuqta bitta fazadan iborat va fazalar qoidasiga muvofiq F=2. Ya’ni bu sohada ma’lum chegarada bir vaqtda tempratura va bosimni mustaqil o’zgartirganda fazalar soni o’zgarmaydi. 2-nuqrtada ikkita faza – suv bilan bug’ muvozanatda turibdi. Shunga ko’ra F=1 , ya’ni fazalar sonini o’zgartirmasdan turib faqat bitta parametrni o’zgartirish mumkin. 0 – nuqta uchlama nuqta deb ataladi. Bu nuqtada uchta faza muvozanatda turadi, demak F=0, ya’ni sistema nol variantli. Bu nuqta faqat ma’lum sharoitda mavjud bo’la oladi: P=4,579 mm simob ustuni va T=273,169. Demak 0 nuqtada qandaydir bir parametr o’zgarsa, fazalar soni o’zgaradi.
Suyuqliklarning to‘yingan bug‘ bosimini o’lchash
Bug bosimini o’lchash usullari ishlab chiqilgan va ular o’rganilayotgan moddaning uchuvchanligiga bog’liq bo’ladi. Kam uchuvchan moddalar uchun ko’pincha birga olib o’tish usulidan foydalaniladi: suyuqlikning sirti ustidan quruq gaz, masalan havo sekin o’tkaziladi, bu jarayonda u bug’lar bilan to’yinadi. Gaz birga olib o’tgan bug’lar turli usullar bilan yig’iladi( masalan suv bug’larini kalsiy xlorid bilan), o’tkazilgan gaz hajmi va massasi bo’yicha Mendeleyev – Klapeyron tenglamasidan bug’ bosimi hisoblanadi.
Uchuvchan moddalar uchun statik usul qo’llanadi, bunda begona gazlar va bug’lar yo’qotilgan berk fazoda suyuqlik ustidagi bug’ bosimi manometer yordamida o’lchanadi.
O’rtacha uchuvchanlikka ega bo’lgan moddalarga qaynash haroratida to’yingan bug’ bosimi tashqi bosimga teng ekanligiga asoslanuvchi dinamik usul qo’llaniladi. P va T orasidagi bog’lanishni olish uchun turli tashqi bosimlarda suyuqlik qaynaguncha qizdiriladi va qaynash haroratlari aniqlanadi. Bu holda bosim mustaqil o’zgaruvchi bo’lib, qaynash harorati esa uning funksiyasi bo’ladi. Berilgan bosimga mos haroratni o’rnatish tajrib olib boruvchiga bog’liq emas.
Juda qiyin bug’lanuvchan moddalar uchun o’ta sezgir yoki ionlanuvchi manometrlar qo’llaniladi yoki bug’ bosimi moddaning bo’shliqda bug’lanish tezligi bo’yicha hisoblanadi.
Suyuqliklarning to‘yingan bug‘ bosimini dinamik usulda aniqlash
|
