Wie ist das Gleichgewicht zwischen Wasser und Luft in einem verschlossenen Behälter, der über 100 ° C erhitzt wird?

Sie haben einen starren 2-Liter-Behälter mit 1 Liter flüssigem Wasser und darüber 1 Liter einer Mischung aus Luft und Wasserdampf, alles bei 1 atm. Die Temperatur beträgt 20 C und der Partialdruck des Wasserdampfes im Kopfraum ist der Gleichgewichtsdampfdruck, so dass sich das System im Gleichgewicht befindet. Dies ist der anfängliche thermodynamische Gleichgewichtszustand des Systems. Beginnen Sie mit der Bestimmung des Luftpartialdrucks im Kopfraum, der Luftmasse im Behälter und der Wassermasse. Bei den nachfolgenden Berechnungen darf angenommen werden, dass der Partialdruck des Wasserdampfes im Kopfraum gleich dem Gleichgewichtsdampfdruck bei der Flüssigkeitstemperatur ist und die Luft im flüssigen Wasser nicht löslich ist.

Dampfdruck von Wasser bei 20 C = 17,5 Torr = 0,023 atm

Luftpartialdruck im Behälter bei 20 C = 0,977 atm

Aus dem idealen Gasgesetz ergibt sich Mol Wasserdampf im Kopfraum = 0,00096

Wassermasse im Kopfraum = 0,017 Gramm

Gesamtmasse des Wassers im Behälter = 1000,017 Gramm

Luftmole im Kopfraum = 0,04066

Luftmasse im Kopfraum = 1,18 Gramm

Erhöhen Sie nun die Temperatur des Systems auf 50 C und lassen Sie es äquilibrieren. Wie hoch ist der Partialdruck des Wasserdampfs im Gasraum und die Massenverteilung zwischen flüssigem Wasser und Wasserdampf? Und wie hoch ist der Partialdruck der Luft im Kopfraum? Wie hoch ist der Gesamtdruck.

JETZT FÜR 50 C

Dampfdruck von Wasser bei 50 C = 92,5 Torr = 0,121 atm

Aus dem idealen Gasgesetz ergibt sich die Massendichte von Wasserdampf im Kopfraum = 0,0822 g/l = 0,0000822 g/cc

Sei x = Masse des Wassers in der Dampfphase

Masse von Wasser in flüssiger Phase = 1000,017-x

Wasservolumen im Behälter (cc) =$(1000.017-x)+\frac{x}{0.0000822}=2000$

Auflösen nach x : x = 0,0822 Gramm

Verbleibendes flüssiges Wasser = 999,93 Gramm

Dampfvolumen = 1,00007

Nach dem idealen Gasgesetz ist der Luftpartialdruck = 1,077 atm

Gesamtdruck = 1,197 atm.

Probieren Sie jetzt 100 C, 150 C, 200 C usw.

Nehmen wir an, Sie haben ein Gefäß, das Wasser und Luft enthält, und Sie fangen an, es zu erhitzen. Die Temperatur des Wassers und der Luft im Inneren beginnt zu steigen, ebenso der Druck, da sich die Luft ausdehnen möchte (aber das Volumen ist fest und Wasser ist fast nicht komprimierbar). Da der Siedepunkt einer Substanz sowohl vom Druck als auch von der Temperatur abhängt (z. B. kann Wasser im Vakuum bei Umgebungstemperatur sieden), verhindert dies, dass Wasser siedet, bis sein Dampfdruck den Luftdruck übersteigt. So funktioniert ein Schnellkochtopf.

Überwindet der Dampfdruck den Luftdruck, kann es zur Keimbildung kommen (was im Alltag fast immer der Fall ist), beginnt das Wasser zu kochen, ein Teil davon wird in Dampf umgewandelt und der Druck steigt wieder an. Jetzt ist der Außendruck gleich dem Dampfdruck und Wasser kann nicht mehr kochen.

Ab einem bestimmten Punkt, wenn der Behälter aufgrund des hohen Drucks nicht bricht , erreichen Sie den kritischen Punkt des Wassers$374$°C -$218$Geldautomat. Oberhalb dieses Punktes hört Wasser auf, als zwei getrennte Phasen zu existieren, und eine einzelne gasförmige Phase wird vorhanden sein.