Pression de vapeur de saturation – Wikipedia

Le Pression de vapeur de saturation (aussi Pression d’équilibre ) d’une substance est la pression dans laquelle l’état gazeux d’agrégation est en équilibre avec l’état d’agrégation liquide ou fixe. La pression de vapeur de saturation dépend de la température.

Le Courbe de pression de vapeur de saturation ( Ligne de pression de vapeur de saturation, courbe de pression de vapeur, ligne de pression de vapeur ) décrit la pression de vapeur de saturation en fonction de la température. Il correspond à la limite de phase de la phase gazeuse dans le diagramme de phase.

ATTENTION: En chimie, la pression de vapeur de saturation est généralement abrégée avec la “pression de vapeur”. Ici, il existe un grand risque que le concept de pression de vapeur de saturation soit confondu avec celui de la pression partielle. Par conséquent, le terme «pression de vapeur» n’est pas utilisé ici.

Vers la fin du XVIIIe siècle, il a été connu que la pression de vapeur de saturation de l’eau augmente considérablement à la température, mais il était incorrectement supposé qu’il disparaît complètement à 0 ° C. ^[d’abord] En 1801, John Dalton a démontré que les données précédemment connues étaient rugueuses à des températures très basses et très élevées. À 0 ° C, il a déterminé une pression de vapeur de saturation d’environ 6,8 HPa (valeur d’aujourd’hui: 6,11hpa). Il a également montré que les valeurs mesurées d’une séquence géométrique enregistrée dans les mêmes étapes de température, mais dans laquelle le quotient de deux valeurs consécutives n’est pas entièrement constant, mais diminue lentement. Dalton n’a pas tenté de présenter les valeurs mesurées par une formule empirique. ^[2]

Au cours de la période qui a suivi, il y a eu de nombreuses tentatives de déterminer expérimentalement la pression de vapeur de saturation et de la décrire par une formule empirique.
Il n’y a eu que des progrès plus élevés à travers les travaux de Gustav Magnus publiés en 1844. Dans une expérience détaillée et soigneusement exécutée, il a remporté de nombreuses valeurs mesurées. Afin de les aborder par une formule, il a pris des considérations théoriques de F. V. Se raminer ^[3] Basé sur le formulaire

${displayStyle e_ {mathrm {w}} = acdot b ^ {t / (gamma + t)}}$

, dans lequel

${displayStyle e_ {mathrm {w}}}$

La pression de vapeur de saturation et

${displayStyle t}$

La température Celsius est. Les trois constantes

${displaystyle a}$

,

${displaystyle b}$

et

${DisplayStyle Gamma}$

déterminé en s’adaptant aux mesures: la valeur mesurée à 0 ° C

${displaystyle a}$

fermement; La valeur mesurée à 100 ° C a entraîné une relation entre

${displaystyle b}$

et

${DisplayStyle Gamma}$

; L’inconnu restant

${DisplayStyle Gamma}$

Il a calculé en utilisant la méthode des plus petits carrés à partir de dix valeurs mesurées sélectionnées. Le résultat a été dans la présentation habituelle, ^[4]

${displayStyle e_ {mathrm {w}} = 6 {,} 0328, mathrm {hpa} cdot exp Left ({frac {17 {,} 1485, t} {234 {,} 69; ^ {circ} mathrm {c} + t}} droit)}$

.

Cette forme égale est toujours utilisée de plusieurs façons aujourd’hui avec des paramètres améliorés et Formule Magnus appelé. ^{[5] [6]}

La pression de vapeur de saturation d’un tissu pur dans le liquide ou le taux fixe d’agrégat à une température donnée est la pression, qui est créée dans l’équilibre thermodynamique dans une chambre autrement vide au-dessus de la phase liquide ou solide. Dans cet état, les deux phases sont stables côte à côte, personne ne se développe au détriment des autres, car l’évaporation du liquide ou de la sublimation du solide est également en termes de condensation ou de résumation du gaz. En cas de changement de température ou de volume, évapore ou condense autant de tissu jusqu’à ce que la pression de vapeur de saturation soit atteinte en équilibre.

À des températures au-dessus du point triple, la phase liquide est créée en condensation, en dessous du triple point le solide, par exemple l’iode à température ambiante.

S’il y a plusieurs phases liquides insolubles dans le volume d’échantillon autrement vide, cela crée une pression totale dans la quantité de la somme des impressions de vapeur de saturation des substances individuelles. Si après chauffage ou expansion pour l’un des composants de la pression de vapeur de saturation, le composant commence à bouillir.

Une solution de plusieurs composants a une pression de vapeur de saturation, qui, en plus de la température, dépend également de la composition de la solution. Chaque composant contribue à une pression partielle qui peut différer de sa propre pression de vapeur de saturation. La composition de la vapeur dépend de la température et ne correspond généralement pas à la composition de la solution.

Pour la pression de vapeur de saturation, le signe de la formule est généralement ET Cependant, il existe également d’autres formulaires tels que C’est _s et p _{S, max} , surtout pour l’eau liquide C’est _Dans et p _{W, max} ainsi que pour la glace C’est _je et p _{Moi, max} commun. Les indices respectifs peuvent également être trouvés dans la grande échelle ET . Différentes unités de pression sont utilisées en fonction de la zone d’application, par laquelle l’hectopascal (HPA) et le mégapascal (MPA), dans les sciences de l’ingénierie, sont les plus fréquents dans les sciences de l’ingénierie.

Dans le diagramme de phase, la pression de vapeur de saturation est la valeur de la pression le long de la ligne de limite de phase entre la phase gazeuse et la phase solide ou liquide correspondante marquée en noir. Cette ligne de bordure de phase est donc également Courbe de pression de vapeur ou Courbe de pression de vapeur de saturation désigné. Pour l’équilibre de phase du corps fixe du gaz, la pression de vapeur de saturation signifie également la pression de sublimation et pour l’équilibre de phase du liquide de gaz également à ébullition. Il convient de noter qu’à des températures supérieures au point critique, il n’y a plus de phase liquide et donc pas de pression de vapeur de saturation. En outre, la ligne de limite de phase entre le solide et le liquide, la courbe de fusion So-appelée, n’a pas d’importance pour la pression de vapeur de saturation.

La pression de vapeur de saturation est une mesure de la proportion de molécules ou d’atomes qui ont suffisamment d’énergie pour surmonter l’ordre proche et distant (la cohésion et la tension de surface) et pour passer à la phase gazeuse. La proportion de ces molécules est donnée par les statistiques de Boltzmann.
Par conséquent, la courbe de pression de vapeur est proportionnelle au facteur Boltzmann:

${displayStyle exp Left (- {frac {q_ {d}} {k_ {mathrm {b}} cdot t}} droit);,}$

par lequel

${displayStyle q_ {d}}$

L’enthalpie évaporée est une molécule ou un atome.

Il s’ensuit que dans la vapeur en équilibre, la densité partielle à des températures plus élevées est plus grande qu’à des températures plus basses, qui est synonyme de la température augmente avec la température.

Des exemples importants sont la vapeur d’eau et l’humidité. De nombreuses routes d’humidité sont définies ou calculées en utilisant la pression de vapeur et la pression de vapeur de saturation, en particulier dans le contexte de l’humidité relative, du déficit de saturation et de la raillerie.

Un exemple de l’utilisation de la pression de la vapeur de saturation dans la technologie est la congélation du séchage, une autre cuisson sous pression (voir l’autocuiseur). Dans la physique de la construction, selon la procédure de vitrage (une comparaison des pressions de vapeur satellite selon le profil de température et les pressions de vapeur partielles qui prévalaient théoriquement les limites de la couche du composant), la fin du composant est en danger si un composant prévu est en danger.

Pour le calcul de la pression de vapeur de saturation, l’équation de Clapeyron ou surtout pour la transition de phase peut également être utilisée en douceur selon l’équation gazeuse de Clausius-Clapeyon. En utilisant la pression de vapeur de saturation, c’est:

${affichestyle quad {frac {mathrm {d} e_ {s}} {mathrm {d} t}} = {frac {q_ {v} e_ {s}} {r_ {w} t ^ {2}}}}$

Les panneaux de formule individuels représentent les tailles suivantes:

Cependant, cette équation est affectée par des problèmes pratiques car il est difficile de les intégrer (dépendance à la température de l’évaporation exerce). Si vous acceptez cela

${displayStyle q_ {v}}$

(L’enthalpie de l’évaporation) serait constant Ensuite, la pression de vapeur de saturation suit:

${displayStyle e_ {s} = e_ {0} cdot exp Left ({frac {q_ {v}} {r_ {w}}} cdot left ({frac {1} {t_} droite)$

Dans le cas de la pression de vapeur de saturation de l’eau très importante pour de nombreuses applications, diverses équations d’approximation ont été développées, le type le plus simple des formules de Magnus. L’équation actuellement la plus précise pour calculer la pression de vapeur au-dessus de l’eau est l’équation de borne de borne – un sixième degré polynomial en logarithmes de la température. La formule répertoriée dans VDI / VDE 3514 Feuille 1. ^[7]

Calcul de la pression de vapeur de saturation de l’eau via la formule Magnus [ Modifier | Modifier le texte source ]]

La pression de vapeur de saturation pour la vapeur d’eau en phase pure (absence d’air) peut être utilisée à l’aide du WMO Formule Magnus être calculé. ^{[8] [7]} Cette formule a l’avantage qu’elle n’a besoin que de trois paramètres et est réversible. Mais il existe des formules plus précises.

• Sur les surfaces d’eau de niveau

${DisplayStyle e_ {w} (t) = 6 {,} 112, mathrm {hpa} cdot exp let ({frac {17 {17 {17 {17 {{17 {{17 {{17 {{17 {,} 62cdot t} {243 {243 {243 {243 {} 12; {c}} thrm {c} leq tleq 60, ^ {circ} mathrm {c}}$

• Sur les niveaux

${displayStyle e_ {i} (t) = 6 {,} 112, mathrm {hpa} cdot exp Left ({frac {22 {,} 46cdot t} {272 {,} 62, ^ {circ} mathrm {c} + t}} droite) qquad {text {für} -}}} quad -65, droite) m {c} leq tleq 0, ^ {circ} mathrm {c}}$

Astuces [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Dans les formules de Magnus, il convient de noter que pour t La température en degrés Celsius et ne pas être entrée à Kelvin. La pression de vapeur de saturation résultante a l’unité du facteur préliminaire

${displayStyle e_ {0} (t)}$

, donc avec les valeurs spécifiées ici, au-delà des valeurs de température qui se produisent naturellement sur Terre, l’écart de la formule Magnus déterminée empiriquement peut augmenter à une valeur réelle, c’est pourquoi il faut vous limiter aux plages de température spécifiées.

Les formules Magnus ne s’appliquent qu’à des surfaces plates et ici uniquement pour l’eau pure. Cependant, leur erreur est relativement grande, de sorte que ces deux effets sont généralement négligeables avec une forme faible. L’écart-type des résultats est jusqu’à un demi-cent des deux côtés. Dans le cas des surfaces incurvées, par exemple dans les gouttelettes sphériques, la pression de vapeur de saturation est plus élevée (voir ci-dessous), cependant, moins dans le cas des solutions basées sur le sel (voir la solution ci-dessous). Ces deux influences modificatrices jouent un rôle important dans la formation de particules de précipitation.

Dans l’expérience de laboratoire, la condensation ne peut être obtenue qu’à une surface plane avec de l’eau distillée et un air très pur après plus de saturation de plusieurs centaines pour cent. Dans l’atmosphère réelle, en revanche, les aérosols jouent un rôle important en tant que germe de condensation. En conséquence, en réalité, vous observez rarement sur des satuations de plus d’un pour cent.

L’article est recommandé pour la comparaison de la formule Magnus avec une forme de représentation différente. La formule Magnus a été créée pour la première fois par Heinrich Gustav Magnus en 1844 et n’a été ajoutée que par des valeurs plus précises depuis lors, avec les valeurs utilisées ici de D. Sonntag (1990). Un calcul plus détaillé, ainsi que de nombreux exemples de valeurs, peuvent être trouvés dans la section suivante.

Obligations [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Contrairement au cas idéal d’un tissu pur et d’une surface plane décrite par les équations ci-dessus, il existe d’autres facteurs d’influence en réalité, qui ont leur mot à dire dans la pression finale de la vapeur.

Effet craumatique et solution [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Lors de la formation de particules liquides sur les noyaux de condensation, le Effet de courbure sur. Il s’avère qu’une pression de vapeur de saturation plus élevée se produit sur les surfaces incurvées des gouttes de fluide résultantes qu’en comparaison avec une surface d’eau planaire. Si le liquide n’est pas disponible en tant que substance pure lors de la modification de l’état de l’agrégité, vous devez également Effet de solution observer. Les particules dissoutes dans le liquide rendent difficile le départ du réseau de fluide, c’est pourquoi la pression de vapeur de saturation est plus faible que ce ne serait le cas avec un liquide pur.

Dans des conditions atmosphériques, les deux effets se produisent généralement ensemble et une seule vue n’est pas très opportun.

Effet de chargement [ Modifier | Modifier le texte source ]]

La charge électrique de la surface a également un impact sur la pression de vapeur de saturation, qui est minime par rapport aux autres effets et ne joue donc pas un rôle pratique.

Facteurs de correction pour l’air humide [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Les facteurs de correction (anglais: facteur d’amélioration ) sont nécessaires car la vapeur d’eau n’est pas sous forme pure, mais dans l’air humide. Ils n’appliquent qu’avec une pression atmosphérique de 1013,25 HPa (pression normale). Lorsqu’elles sont pressées plus haut, elles sont plus grandes et en conséquence plus petites à des pressions inférieures.

1. au-dessus de l’eau dans l’intervalle de température de -50 ° C à 90 ° C:
   ${displayStyle f_ {w} = 1 {,} 00519pm 0 {,} 00108}$

   

2. À propos de la glace dans l’intervalle de température de -90 ° C à 0 ° C:
   ${displayStyle f_ {i} = 1 {,} 00686pm 0 {,} 00235}$

   

Étant donné que les facteurs de correction sont dépendants de la température et comprennent des intervalles de température assez importants dans les valeurs ci-dessus, elles ne représentent que des approximations assez approximatives à l’écart réel. Les températures négatives au-dessus de l’eau sont liées à l’eau hypothermique. Afin d’obtenir les valeurs résultantes pour la pression de vapeur de saturation, ce qui suit s’applique:

1. 
   ${displayStyle e_ {w} ‘; =; f_ {w}; cdot; e_ {w} qquad}$

   (

   ${displayStyle e_ {w}}$

   – Valeur du tableau)

2. 
   ${displayStyle e_ {i} ‘;; =; f_ {i} ;; cdot; e_ {i}; qquad}$

   (

   ${displayStyle e_ {i}}$

   – Valeur du tableau)

Connexion avec la quantité de saturation [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Selon l’équation du gaz général, le Pression de vapeur de saturation (approximativement) le produit de la quantité de saturation avec la constante de gaz individuel et la température (en Kelvin). Montré sous forme de formule:

${DisplayStyle e_ {gamma, varphi} (t) = rho _ _ _ _ _ _ _$

Voir la pression ou la saturation de la vapeur.

• c signifie toujours le gaz respectif (par exemple vapeur d’eau) – avec constante de gaz R _c ,
• Phi Pour l’état alternatif d’agrégation (“phase”, festival ou. fluide )); à c = La vapeur d’eau est ET _Copine La pression de vapeur d’eau et r _Copine La quantité de saturation “sur la glace” ou “au-dessus de l’eau”.

En plus de la désignation de la satiété, vous pouvez également trouver la concentration de saturation et la densité de satiété (vapeur) (titre du dimanche 1982),
L’unité SI est principalement G / M ³ . Avec la vapeur d’eau, on parle également de l’humidité maximale.

• Dietrich dimanche: De nouvelles valeurs importantes des constantes physiques de 1986, des formulations de pression de vapeur basées sur la HIS-90 et des formules psychromètres. Dans: Journal of Meteorology. Bd. 40, nr. 5, 1990, ISSN 0084-5361 , S. 340–344.
• Leslie A. Guildner, Daniel P. Johnson, Frank E. Jones: Pression de la vapeur de l’eau à son triple point. Dans: Journal of Research of the National Bureau of Standards. Section A: Physique et chimie. Bd. 80a, nr. 3, 1976, ISSN 0022-4332 , S. 505–521, deux: 10.6028 / jres.080a.054
• Daniel M. Murphy, Thomas Koop: Examen des pressions de vapeur de la glace et de l’eau surfondues pour les applications atmosphériques. Dans: Journal trimestriel de la Royal Meteorological Society. Bd. 131, nr. 608, 2005, ISSN 0035-9009 , S. 1539–1565, deux: 10.1256 / QJ.04.94 .

1. ↑ Fumer . Dans: Encyclopaedia Britannica . 3. Édition. 1797, P. 739, ci-dessous à droite (Anglais, Texte intégral [Consulté le 6 février 2022] Les unités de température et de pression sont ° F ici et dans la colonne Mercury ≈ 33.9hpa (voir a. MMHg).).
2. ↑ John Dalton: Essais expérimentaux . Dans: Mémoires de la société littéraire et philosophique de Manchester . Groupe V.ii , 1802, essai II: Sur la force de la vapeur ou de la vapeur de l’eau et de divers autres liquides, à la fois sous vide et dans l’air , S. 550–574 (Anglais, Texte intégral [consulté le 5 février 2022] présenté en octobre 1801; Les unités de température et de pression sont ° F et dans Mercure ≈ 33,9 Hpa (voir a. MMHg).).
3. ↑ F. v. Cruel: Tenter de déterminer la relation entre la puissance de serrage et la température de la vapeur d’eau de manière théorique . Dans: Ponogorffs Annalen . Groupe 53 , 1841, S. 225–234 ( Texte intégral [Consulté le 7 février 2022]).
4. ↑ Gustav Magnus: Expériences via les forces de tension de la vapeur d’eau . Dans: Ponogorffs Annalen . Groupe soixante-et-un , 1844, S. 225-247 ( Texte intégral [Consulté le 6 février 2022]).
5. ↑ Helmut Kraus: L’atmosphère de la terre: une introduction à la météorologie . Springs, 2007, ISBN 3-540-20656-6, S. soixante-treize ( Aperçu limité dans la recherche de livres Google).
6. ↑ Paolo Burlando: Hydrologie-Formelsammlung. (PDF; 372KB) 2011, consulté le 7 février 2022 .
7. ↑ ^{un b} VDI / VDE 3514 Feuille 1: Paramètres de mesure de l’humidité du gaz et signes de formule . Novembre 2016.
8. ↑ Mesure des variables météorologiques . Dans: WMO (éd.): Guide des instruments et méthodes d’observation (Guide CIMO) . Groupe je , 2018, ISBN 978-92-63-10008-5, annexe 4.b Formules pour le calcul des mesures de l’humidité ( Texte intégral ).