توازن سائل وبخاره
في الكيمياء والديناميكا الحرارية يشكل السائل وتوازنه مع بخاره ظاهرة يفاد منها في احوال عديدة.
وظاهرة توازن السائل وبخاره هي حالة تواجد السائل وبخاره في نظام بحيثقد يكون معدل تبخر السائل مساويا لمعدل تكثف البخار إلى السائل . ويحدث هذا التوازن عندما نهجر السائل وبخاره في وعاء أوقارورة مغلقة بعض الوقت في تلامس مع بعضهما بدون تغيير ظروفهما من الخارج (مثل عدم تغير درجة الحرارة ).
تفسير الظاهرة
يُعطى هجريز بخار سائلقد يكون في حالة تلامس مع السائل عند تواجدهم في حالة الاتزان ب ضغط البخار والذي قد يحدث ضغطا جزئيا ، أي كجزء من الضغط الكلي الواقع على السائل 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 هجريز أبخرة السوائل في الحالة الغازية على هجريز مكونات سائل المخلوط ودرجة الحرارة . وعادة يختلف هجريز البخار في الحالة الغازية عن هجريز السائل ، ولكنها ترتبط بعضها البعض بعلاقات محددة دقيقة. ويمكن تعيين تلك النسب بالوسائل التجربية لمخلوطات للمواد التي تهمنا. كما يمكن حسابها بالاستعانة ببعض النظريات الفهمية التي تهتم بمخلوطات المواد مثل قانون دالتون أوقانون هنري .
استخدامات الظاهرة
ما نحصل عليه من معلومات بشأن توازن السائل مع بخاره يفيدنا عند إجراء التقطير لفصل مخلوط من السوائل . ويعتمد عمل المهندس الكيميائي على فهم ذلك التوازن . فتكرير البترول يعتمد على استغلال تلك الظاهرة لفصل السوائل المتنوعة من النفط ، مثل البنزين والديزل والشحوم . 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 حتى نسبتها بعد التقطير أعلى من نسبتها قبله . وبتكرار العملية خلال عدة مراحل يمكن الحصول على سائل عالى النقاوة .
المخلوط وبخاره
يمكن حتى يتكون المخلوط من سائلين ، ويمكن حتىقد يكون المخلوط مكونا من ثلاثة سوائل مختلفة . وعادة ما تجري عملية التقطير في الضغط الجوي . كما يمكن خفض الضغط فوق السائل فتسهل عملية الفصل حيث حتى درجة الغليان تعتمد على الضغط . فدرجة غليان الماء تحت الضغط الجوي تكون عند 100 درجة مئوية ، أما إذا خفضنا الضغط فوق الماء بواسطة مخلخلة للهواء يغلى الماء عند درجة حرارة تحت 100 درجة مئوية.
عندما نجري العملية عند درجة حرارة معينة يصبح مجموع الضغوط الجزئية للمكونات مساويا للضغط الكلي ، وتطرد أبخرة السوائل الهواء عند درجة الغليان .وتسمى درجة الغليان عندماقد يكون الضغط الكلي 1 ضغط جوي (3و101 كيلوباسكال يعادل 760 مليمتر زئبق ) تسمى درجة الغليان العادية .
العلاقة بين الحجم والضغط
مخططات اتزان البخار وسائله
For each component in a binary mixture, one could make a vapor-liquid equilibrium diagram. Such a diagram would graph liquid mole fraction on a horizontal axis and vapor mole fraction on a vertical axis. In such VLE diagrams, liquid mole fractions for components 1 and 2 can be represented as x1 and x2 respectively, and vapor mole fractions of the corresponding components are commonly represented as y1 and y2. [2] Similarly for binary mixtures in these VLE diagrams:
Such VLE diagrams are square with a diagonal line running from the (x1=0, y1=0) corner to the (x1=1, y1=1) corner for reference.
انظر أيضاً
- حالة سائلة
- Continuous distillation
- Dortmund Data Bank (includes a collection of VLE data)
- Fenske equation
- Flash evaporation
- DECHEMA model
وصلات خارجية
- Introduction to Distillation-Distillation Principles
- Introduction to Distillation-Vapor Liquid Equilibria
- VLE Thermodynamics (Chemical Engineering Dept., Prof. Richard Rowley, Brigham Young University)
- NIST Standard Reference Database 103b (Describes the extensive VLE database available from NIST)
