Razlika med parcialnim in parnim tlakom

Delni tlak in parni tlak sta običajno znanstvena izraza, ki se nanašata na količino tlaka, ki jo izvajajo sestavni deli sistema, vendar njihova identiteta lahko zmede druge. Obstaja jasno razlikovanje med temi izrazi, vključno z njihovimi učinki in identiteto. Ta članek bo podrobneje predstavil razlike med temi izrazi. Vključevalo bo tudi nekaj primerov za demistifikacijo njihovih aplikacij.

Začnimo z osvetlitvijo koncepta pritiska, preden se lahko poglabljamo v razliko med parnim in parcialnim tlakom. Tlak je znanstveno opredeljen kot sila, ki deluje na objekt ali snov na enoto površine. Opredelimo ga lahko tudi kot silo, ki jo trkajoči delci uporabljajo drug na drugega in se pogosto meri s pomočjo Pascala. V primeru trka delcev se za izračun tlaka uporablja enačba plina in kinetična teorija plinov..

Kaj je parni tlak?

Parni tlak lahko velja za tekoče ali trdne faze. Tlak, ki ga ima par v svojem termodinamičnem ravnovesju na njegovo tekoče ali trdno stanje pri določeni temperaturi v zaprtem sistemu, ko sta para in tekočina (trdna) v stiku. Ta tlak nastane kot posledica uparjanja, ki ga omogoči povečana toplota trdne snovi ali tekočine. Tako se temperatura uporablja kot merilo uparjanja in je sorazmerna s parnim tlakom. To pomeni, da je višja temperatura, višji je parni tlak.

Med izparevanjem molekule zraka pobegnejo zaradi večje kinetične energije v zrak v zaprtem sistemu. Potem, ko je v ravnovesju, nastane parni tlak med paro in njeno kondenzirano obliko tekočine (trdne snovi). V raztopinah, pri katerih so medmolekulske sile šibkejše, je parni tlak ponavadi večji, in nasprotno, v raztopinah, kjer so medmolekulske sile močnejše, je parni tlak manjši.

Parni tlak se lahko pojavi tudi v idealnih mešanicah, kot jih razlaga Raoultov zakon. Navaja, da je delni parni tlak določene komponente v tekoči ali trdni zmesi enak parnemu tlaku te komponente, pomnožen z molskim deležem v tej zmesi pri določeni temperaturi. Spodnji primer bo to ponazoril.

Primer 1.

Glede na idealno zmes 0,5 mol. etanola in 1,5 mola. metanol s parnim tlakom 30KPa in 52KPa določi delni parni tlak vsake komponente.

Rešitev:

Skupno število molov je 1,5mol + 0,5mol = 2,0mol. Po Raoultovem zakonu je delni parni tlak enak parnemu tlaku, pomnoženim z molskim deležem te določene komponente. V tem primeru je P_metanol = 1,5 / 2 * 52 = 39KPa in P_etanol = 0,5 / 2 * 30 = 7,5KPa.

Če imate delne parne tlake sestavnih delov v mešanici, lahko dobite skupni parni tlak, če jih seštejete. V zvezi s tem 7,5 + 39 daje 46,5KPa skupni parni tlak mešanice raztopin etanola in metanola.

Dejavniki, ki vplivajo na parni tlak

Molekule identiteta

Kot smo že omenili, vrste molekulskih sil določajo količino parnega tlaka, ki ga je treba izvajati. Če so sile močnejše, potem nastane manj parnega tlaka in če je šibkejši, potem nastane večji parni tlak. Zato bo sestava tekočine ali trdne snovi vplivala na parni tlak.

Temperatura

Višja temperatura vodi do višjega parnega tlaka, ker aktivira več kinetične energije za razbijanje molekulskih sil, tako da lahko molekule hitro uidejo na površino tekočine. Ko je parni tlak (nasičen parni tlak) enak zunanjemu tlaku (atmosferski tlak), bo tekočina začela vreti. Nižja temperatura bo povzročila nizek parni tlak in potreben bo čas, da tekočina zavre.

Daltonov zakon delnih pritiskov

Kaj je delni tlak?

Zamisel o delnem pritisku je prvi predlagal priznani znanstvenik John Dalton. Iz njega se je rodil zakon o delnih tlakih, ki pravi, da je skupni tlak idealne mešanice plinov enak vsoti parcialnih tlakov posameznih plinov. Recimo, da je določena posoda napolnjena s vodikovimi, dušikovimi in kisikovimi plini, skupni tlak, P_SKUPAJ, bo enaka vsoti kisika, dušika in vodika. Delni tlak katerega koli plina v tej mešanici se izračuna tako, da se skupni tlak pomnoži z molskim deležem posameznega plina.

Na kratko, delni tlak je tlak, ki ga določen plin v mešanici deluje, kot da deluje sam v sistemu. Tako pri določanju parcialnega tlaka posameznega plina prezrete druge pline. To teorijo lahko preverimo z vbrizgavanjem, recimo, 0,6atm O₂ v posodi 10,0 L pri 230K in nato vbrizgajte 0,4at N₂ v identični posodi enake velikosti pri isti temperaturi in nato na koncu kombinirajte pline za merjenje skupnega tlaka; to bo vsota obeh plinov. To jasno razloži parcialni tlak posameznega plina v mešanici nereaktivnih plinov.

Izračun parcialnega tlaka

Izračun parcialnega tlaka je absolutna težava, saj Daltonov zakon [1] predvideva to. Odvisno bo od značilnih informacij. Če je na primer naveden skupni tlak za mešanico plinov A in B ter tlak plina A, lahko delni tlak B izračunamo s pomočjo P_SKUPAJ = P_A + P_B. Ostalo so algebrske manipulacije. V primeru, da je naveden le skupni tlak mešanice, lahko za določitev delnega tlaka uporabite molarni delež plina B. Molski delež, označen s X, je mogoče najti z deljenjem molov plina B s skupnimi moli plinske mešanice. Nato boste našli delni tlak, pomnožite molarni delež X s skupnim tlakom. Spodnji primer to pojasnjuje.

Primer 2.

Mešanico dušika in kisika, 2,5 mola in 1,85 mola, injiciramo v 20,0L posodo s skupnim tlakom 4atm; izračunajte parcialni tlak, ki ga izvaja plin kisik.

Rešitev:

Skupno število molov v mešanici je 2,5 + 1,85 = 4,35 molov. Torej molarni delež kisika, X_o, bo 1,85 mola / 4,35 molov = 0,425 molov. Delni tlak kisika bo 0,425 * 4atm = 1,7 atm. Delni tlak preostalega plina se lahko izračuna po istem pristopu ali pa se izračuna z uporabo plina kisika in skupnega tlaka, ki ga je določil Daltonov zakon o delnih tlakih, da je skupni tlak nereaktivnih plinov enak vsoti delni pritiski.

Razlika med parnim in delnim tlakom

Iz zgornjih razlag je razvidno, da sta parni tlak in parcialni tlak dva različna tlaka. Parni tlak deluje na tekoči in trdni fazi, medtem ko delni tlak deluje na plinasti fazi. Parni tlak se izvaja v faznem prehodu, ko je raztopini dodano zadostno toploto, kar vodi v njegove molekule, da uhajajo v zaprtem sistemu.

Glavna razlika med parcialnim in parnim tlakom je, da je delni tlak tlak, ki ga posamezen plin v mešanici izvaja, kot da bi bil sam v tem sistemu, medtem ko se parni tlak nanaša na tlak, ki ga ima par v svojem termodinamičnem ravnovesju z kondenzirano stanje tekoče ali trdne snovi. Spodnja tabela prikazuje natančno primerjavo teh pritiskov.

Parni tlak	Delni tlak
V ravnotežju jo izvaja tekoča ali trdna para na svoji kondenzirani fazi	Izčrpavajo ga posamezni plini v nereaktivni mešanici plinov
Dobro razložen Raoultov zakon	Dobro razloženo z Daltonovim zakonom
Uporabno v trdnih in tekočih fazah	Uporablja se samo v plinastih fazah
Ne glede na površino ali prostornino sistema	Izračunano s plini v isti prostornini
Izračuna se z uporabo molskega deleža topljene snovi	Izračunano z molskim deležem plina

Zaviti!

Parni tlak in parcialni tlak sta dva pomembna znanstvena izraza, ki se uporabljata za določanje učinkov sil, ki jih pari in plini uporabljajo v danem zaprtem sistemu pri določenih temperaturah. Njihova glavna razlika je območje nanašanja s parnim tlakom, ki se uporablja na tekoči ali trdni fazi, medtem ko se delni tlak na posameznem plinu uporablja v mešanici idealnih plinov v dani prostornini.

Delni tlak se izračuna enostavno z upoštevanjem Daltonovega zakona o delnih tlakih, medtem ko se parni tlak izračuna z uporabo Raoultovega zakona. V kateri koli dani mešanici vsak sestavni del plina izvaja svoj tlak, ki ga imenujemo parcialni tlak, neodvisen od drugih plinov. In ko podvojite molove katere koli komponente s temperaturo, ki ostane konstantna, boste povečali njen parcialni tlak. Glede na razmerje Clausius-Clapeyron [2] se parni tlak povečuje, ko se temperatura poveča.

Z omenjenimi informacijami bi morali razlikovati med parnim tlakom in parcialnim tlakom. Morali bi jih tudi izračunati z uporabo molarnih ulovov in pomnoževanjem s skupnim tlakom. Dali smo vam značilne primere za natančnejšo uporabo teh pritiskov.