توازن سائل وبخاره
في الكيمياء و الديناميكا الحرارية يشكل السائل وتوازنه مع بخاره ظاهرة يفاد منها في احوال عديدة.
و ظاهرة توازن السائل وبخاره هي حالة تواجد السائل و بخاره في نظام بحيث يكون معدل تبخر السائل مساويا لمعدل تكثف البخار إلى السائل . ويحدث هذا التوازن عندما نترك السائل وبخاره في وعاء أو قارورة مغلقة بعض الوقت في تلامس مع بعضهما بدون تغيير ظروفهما من الخارج (مثل عدم تغير درجة الحرارة ).
محتويات |
تفسير الظاهرة [عدل]
يُسمى تركيز بخار سائل يكون في حالة تلامس مع السائل عند تواجدهم في حالة الاتزان ب ضغط البخار . وقد يكون بخار السائل ضغطا جزئيا في حالة تواجد غازات أخرى بالإضافة إلى بخار السائل . وتوازن ضغط البخار مع السائل يعتمد على درجة الحرارة . وفي حالة تواجد مخلوط من السوائل يعتمد تركيز أبخرة السوائل في الحالة الغازية على تركيز مكونات السائل المخلوط ودرجة الحرارة . وعادة يختلف تركيز البخار في الحالة الغازية عن تركيز السائل ، ولكنها ترتبط بعضها البعض بعلاقات محددة دقيقة. ويمكن تعيين تلك النسب بالوسائل التجربية لمخلوطات للمواد التي تهمنا . كما يمكن حسابها بالاستعانة ببعض النظريات العلمية التي تهتم بمخلوطات المواد مثل قانون دالتون أو قانون هنري .
استخدامات الظاهرة [عدل]
ما نحصل عليه من معلومات بشأن توازن السائل مع بخاره يفيدنا عند إجراء التقطير لفصل مخلوط من السوائل . ويعتمد عمل المهندس الكيميائي على معرفة ذلك التوازن . فتكرير البترول يعتمد على استغلال تلك الظاهرة لفصل السوائل المختلفة من النفط ، مثل البنزين والديزل و الشحوم . وهنا يبدأ المهندس الكيميائي بتسخين المخلوط حتي درجة الغليان ويتبع ذلك بتكثيف البخار الناتج ، حيث تكون نسبة المادة ذات درجة غليان منخفضة في البخار أعلى من نسبتها في السائل . أي أن نسبتها بعد التقطير تكون أعلى من نسبتها قبله . وبتكرار العملية خلال عدة مراحل يمكن الحصول على سائل عالي النقاوة .
المخلوط وبخاره [عدل]
يمكن أن يتكون المخلوط من سائلين ، ويمكن أن يكون المخلوط مكونا من ثلاثة سوائل مختلفة . وعادة ما تجري عملية التقطير في الضغط الجوي . كما يمكن خفض الضغط فوق السائل فتسهل عملية فصل السائلين حيث أن درجة الغليان تعتمد على الضغط . فدرجة غليان الماء تحت الضغط الجوي تكون عند 100 درجة مئوية ، أما إذا خفّضنا الضغط فوق الماء بواسطة مخلخلة الهواء ، يغلى الماء عند درجة حرارة تحت 100 درجة مئوية.
عندما نجري العملية عند درجة حرارة معينة يصبح مجموع الضغوط الجزئية للمكونات مساويا للضغط الكلي ،
أي أن إذا كان لدينا محلول من ماء و كحول في قارورة مفتوحة ووضعنا القارورة بمحتوياتها تحت ناقوس يصبح الضغط الكلي P داخل الناقوس:
P = P1 + P2 + P air
حيث:
P1 ضغط بخار الماء
P2 ضعط بخار الكحول
P air ضغط الهواء.
عند درجة الغليان سائل نقي يصبح ضغط بخار السائل مساويا 1 ضغط جوي. وتسمى درجة الغليان عندما يكون ضغط البخار مساويا 1 ضغط جوي (3و101 كيلو باسكال يعادل 760 مليمتر زئبق )درجة الغليان العادية .
1 ضغط جوي = 3و101 كيلو باسكال
-
- =760 مليمتر زئبق .
