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蒸汽壓

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蒸汽壓(vapour pressure)飽和蒸汽壓的簡稱。液體蒸發或固體昇華所產生的氣體分子對容器壁等物造成的壓強。在指定温度和壓力下,於一不含空氣和其他物質的密閉容器內,置頂的液體(或固體)進行蒸發(或昇華),當單位時間內液體蒸發(或固體昇華)的分子數目與蒸汽中凝結為液體(或凝華為固體)的分子數相等時,即達到了相變平衡態,此時的蒸汽壓稱為指定液體(或固體)在指定温度和外壓下的飽和蒸汽壓。 [1] 
中文名
蒸汽壓
外文名
vapour pressure

目錄

蒸汽壓介紹

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蒸汽壓是大氣中水蒸氣的分壓。蒸汽壓e、絕對温度T、容積V之間關係:
這裏,R:氣體普適常數;R':乾燥氣體的比氣體常數;Mw:水蒸氣的分子量;e:水蒸氣分子量與乾燥空氣分子量的比。在氣象觀測中,蒸汽壓由通風乾濕計測定,或從露點温度的測定結果求出,也有時用濕度乘飽和蒸汽壓(只是氣温的函數)算出,單位是mb。
蒸汽壓的值由氣團可大致決定其大小。所以在同一地點,只要沒有其他氣團進入替換,蒸汽壓隨時間的變化是緩慢的。 [2] 
一定外界條件下,液體中的液態分子會蒸發為氣態分子,同時氣態分子也會撞擊液麪迴歸液態。這是單組分系統發生的兩相變化,一定時間後,即可達到平衡。平衡時,氣態分子含量達到最大值,這些氣態分子撞擊液體所能產生的壓強,簡稱蒸汽壓。
蒸汽壓反映溶液中有少數能量較大的分子有脱離母體進入空間的傾向,這種傾向也稱為逃逸傾向。
蒸汽壓不等同於大氣壓。
在飽和狀態時,濕空氣中水蒸氣分壓等於該空氣温度下純水的蒸汽壓。

蒸汽壓特徵

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1、液體中能量較高的分子有脱離液麪進入氣相的傾向(逃逸傾向 escaping tendency),這是產生氣態分子的原因,是液體的本性。蒸汽壓正是用來衡量這一傾向程度的量,它是液體的自有屬性,外界條件(温度、壓力)一定,就有確定的數值。 [3]  比如若在密閉容器中裝滿液體,液體沒有空間形成蒸汽,自然也不會對液體產生壓力,但蒸汽壓作為液體本質屬性依然存在,不能説此時液體的蒸汽壓為0。
2、蒸汽壓本質上是描述單組分體系氣液兩相平衡時具備的特徵,具有熱力學上的意義,不能等同動力學量。
3、若將液體放入一真空容器中,當液體系統氣液兩相平衡時,外壓相當於此條件下的液體蒸汽壓。可藉此模型研究蒸汽壓隨温度的變化規律及對應關係,可分別利用Clapeyron方程和Antonie公式求解。簡單性的結果是蒸汽壓會隨温度增大而增大。
4、若液體非在真空容器中,而是在惰性氣體中,外壓不再相當於液體蒸汽壓。例如液體置於空氣中,且規定空氣不溶於液體,此時的外壓為大氣壓力與液體蒸汽壓之和。蒸汽壓隨外壓的變化規律可通過平衡分析,利用Gibbs自由能變量相等定量考察。簡單性的結果是蒸汽壓會隨外壓增大而增大,但外壓的影響甚微,通常可忽略不計。 [4] 

蒸汽壓沸騰

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當液體的蒸汽壓達到外壓時,液體即產生沸騰現象,此時的温度即在該外壓下該液體的沸點。
以水為例,一個大氣壓(101.325kPa)下,若水温達到100攝氏度,此時水的蒸汽壓正好是一個大氣壓,水開始沸騰,100攝氏度即是一個大氣壓下水的沸點。
再如,高海拔地區會出現“水燒開了飯燒不熟”的現象,這種現象的實質是水沸騰時温度遠遠達不到100攝氏度,繼續加熱也不會達到。這一現象有助於理解液體蒸汽壓的特徵3與4。高海拔地區空氣稀少,外壓低於一個大氣壓,依據蒸汽壓的特徵4,水的蒸汽壓會降低,但變化很小。依據蒸汽壓的特徵3,隨温度的升高,水的蒸汽壓升高,但相對於高海拔的低外壓,水此時不用達到很高的温度就可以達到高海拔的低氣壓,發生沸騰,造成沸點降低。這也是高山不能用水煮飯卻可以用水蒸飯的原因(煮飯是利用液體水作熱源加熱,而液體水最高温度僅能達到沸點。蒸飯是利用水蒸氣作熱源,蒸汽還可以通過加熱繼續提高温度,達到甚至超過100攝氏度)。
參考資料
  • 1.    席德清主編.糧食大辭典:中國物資出版社,2009.12:第631頁
  • 2.    劉偉勝編譯.太陽能技術用語集:河北科學技術出版社,1989.03:第165頁
  • 3.    夏玉宇. 化學實驗室手冊[J]. 2015.
  • 4.    陳則韶. 高等工程熱力學 : Advanced engineering thermodynamics[M]. 中國科學技術大學出版社, 2014.