Давление паров воды над насыщенным раствором соли

Давление насыщенного пара над раствором. I закон Рауля

Свойства растворов неэлектролитов

В результате естественного процесса испарения над жидкостью образуется пар, давление которого можно измерить с помощью манометра (рис. 8.1). Эндотермический процесс испарения обратим; одновременно с ним протекает экзотермический процесс конденсации:

При равновесии (∆G=0) V_исп=V_конд. Каждый раствор находится в равновесии с его насыщенным паром. Давление насыщенного пара каждого вещества есть величина постоянная при данной температуре, с повышением температуры давление пара увеличивается.

Давление насыщенного пара жидкости определяется числом молекул жидкости, отрывающихся с ее поверхности за единицу времени.

Рассмотрим пример (рис.8.2). В первом сосуде у нас находится чистая вода, во втором – раствор сахара в воде (раствор неэлектролита; сахар — нелетучее вещество и при данных условиях не испаряется).

При образовании раствора концентрация растворителя уменьшается, его мольная доля становится меньше единицы (N₁

Таким образом, над раствором давление насыщенного пара растворителя (Р) всегда меньше, чем над чистым растворителем (Р): Р

,

где N₁ – мольная доля растворителя.

Т.е. давление насыщенного пара над раствором равно его давлению над чистым растворителем, умноженному на мольную долю растворителя.

Кипение и замерзание растворов неэлектролитов. II закон Рауля.

Следствием понижения давления насыщенного пара растворителя над раствором будет:

· понижение температуры замерзания раствора;

· повышение температуры кипения раствора.

Рассмотрим диаграмму состояния воды и раствора неэлектролита. На рис.8.3 схематически изображена зависимость равновесного давления водяного пара от температуры над чистой водой и раствором.

При температуре кипения давление пара равно внешнему давлению, при температуре замерзания давление пара над веществом в жидком и твердом состояниях одинаково.

Линия АО — кривая сублимации — характеризует давление насыщенного водяного пара надо льдом, ОВ – кривая плавления или кристаллизации воды; ОС – кривая испарения или конденсации воды.

В точке О сосуществуют все три фазы воды: жидкость, пар, лед.

Линия О′С′ – кривая испарения или конденсации раствора; О′В′ – кривая плавления или кристаллизации раствора. Обозначение: t₁ — температура замерзания (кристаллизации) раствора при 760 мм рт. ст.– точка В′;

t₂ — температура замерзания чистой воды (0°С при 760 мм рт. ст.) – точка В; t₃ — температура кипения чистой воды (100°С при 760 мм рт. ст.) – точка С; t₄ — температура кипения раствора – точка С′.

Поскольку давление насыщенного пара воды над раствором будет ниже, чем над чистой водой, то изменение его давления будет характеризоваться кривой О′С′, все точки которой располагаются ниже соответствующих точек кривой ОС для чистого растворителя, т.е. кривая кипения для раствора лежит ниже, чем для чистой воды. Из рис. 8.3 видно, что при 100°С давление насыщенного пара воды над раствором меньше атмосферного давления (точка Д), поэтому при данной температуре раствор не закипает. Равенство давлений достигается в точке С′ при температуре t_­4. При переходе от воды к раствору изменяется также положение кривой плавления. И кривая кипения, и кривая плавления раствора расположены тем дальше от соответствующих кривых воды, чем концентрированнее раствор.

∆t_кип = t₄ – t₃ = (t_{кип.р-ра} – t_{кип.р-ля}) – повышение температуры кипения раствора по сравнению с температурой кипения растворителя.

∆t_зам = t₂ – t₁ = (t_{зам.р-ля} – t_{зам.р-ра}) – понижение температуры замерзания (кристаллизации) раствора по сравнению с температурой замерзания растворителя.

Зависимость ∆t_кип и ∆t_зам от концентрации растворов определяется вторым законом Рауля:

повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания растворов пропорциональны моляльной концентрации растворенного вещества, т.е.

где К_эб – коэффициент пропорциональности, называемый эбуллиоскопической постоянной растворителя; К_кр – криоскопическая постоянная растворителя; С_m – моляльная концентрация растворенного вещества, моль/кг. Физический смысл К_эб и К_кр: если С_m= 1 моль/кг, то ∆t_зам= К_кр, т.е. К_кр – понижение t_зам раствора, моляльность которого равна 1 моль/кг; ∆t_кип= К_эб, т.е. К_эб – повышение t_кип раствора, моляльность которого равна 1 моль/кг.

К_эб, К_кр – характеристики растворителя, не раствора, зависят от природы растворителя (справочные величины). Например,

для воды: для бензола:

Для одномоляльных растворов различных неэлектролитов независимо от их состава температура кипения данного растворителя повышается на одну и ту же величину, а температура замерзания – понижается на одну и ту же величину. Так, температура кипения различных по составу одномоляльных водных растворов увеличивается на 0,52°С, а температура замерзания понижается на 1,86°С.

Этот закон показывает, что свойства растворов зависят только от числа частиц растворенного вещества, но не от их размеров, природы и т.д.

Измерение понижения температуры кристаллизации раствора по сравнению с температурой кристаллизации чистого растворителя называют криоскопией. Измерение повышения температуры кипения раствора по сравнению с температурой кипения чистого растворителя называют эбуллиоскопией.

Методами криоскопии и эбуллиоскопии определяют относительные молекулярные массы растворенного неэлектролита. Для этого подставим в уравнение второго закона Рауля «развернутую» формулу для расчета моляльной концентрации растворенного вещества В

=,

∆t_кип = К_эб ·,

∆t_зам = К_кр ·.

;

,

где М_В— молярная масса растворенного неэлектролита В, численно равная его относительной молекулярной массе, m_B – масса неэлектролита В, г; m_р-ля – масса растворителя, кг.

Источник

Постоянная относительная влажность над насыщенными растворами солей в зависимости от температуры, а также глицерина и серной кислоты в зависимости от температуры и концентрации. Простые генераторы влажности.

Постоянная относительная влажность над насыщенными растворами солей в зависимости от температуры, а также глицерина и серной кислоты в зависимости от температуры и концентрации.

Как получить калиброванную относительную влажность без генератора. Всем водным растворам, а также самой воде свойственно определенное давление насыщенного пара. Давление насыщенного пара того или иного раствора зависит от того, какое вещество в нем растворено и в каком количестве. Насыщенные растворы различных солей обладают различным давлением насыщенного пара, то есть в закрытом контейнере относительная влажность над поверхностью этих растворов для каждой отдельной соли при определенной температуре будет постоянной.

Источник — ГОСТ 29244-91(ИСО 483-88). Указанные в стандарте значения относительной влажности являются средними значениями, выражаемыми в процентах, с допускаемым отклонением ±2%.

Таблица 1. Относительная влажность воздуха над насыщенными водными растворами солей при температурах от 5 до 60°С. Насыщенные водные растворы солей, содержащие избыток соли для поддержания насыщенности раствора.

Примечания:
1. Раствор гидроксида калия вызывает раздражение, поэтому нельзя допускать попадания его на кожу.
2. Хлорид лития, ацетат калия, хлорид магния, карбонат калия, нитрат магния, нитрит натрия, хлорид натрия, сульфат аммония, нитрат калия рекомендуются для определения диапазонов влажности, так как изменение влажности в зависимости от изменения температуры очень мало в диапазоне от 20 до 30 °С.
3. Соли аммония могут вызвать коррозию медных деталей.
4. Добавление от 1 до 2% тетрабората натрия уменьшает обесцвечивание растворов нитрита натрия. При этом относительная влажность уменьшается на 1% при 20 °С.

Источник

Мокрый датчик температуры. Тест 2. Влажность 75%.

Мокрый датчик температуры. Тест 2. Влажность 75%.

При тестировании датчиков на 100% влажность было все более менее понятно. Но как быть с промежуточными значениями, к примеру 60% или 80%.

Я ориентируюсь на гигрометр психрометрический, как на эталонный. Данные с электронных датчиков совпадают с эталонным, при условии, что тестируемые цифровые датчики температуры расположены рядом и на одной высоте с гигрометром психрометрическим.

Но при расчётах фигурирует еще и «Значения психрометрического коэффициента»:
0,0013 — вентиляция в помещении закрыта, отсутствие сильного ветра снаружи;
0,0011 — вентиляция в помещении открыта, обычные условия движения воздуха;
0,0009 — едва заметное движение воздуха в помещении, кажущееся отсутствие ветра снаружи — используется этот коэффициент в расчётах ;
0,00079 — снаружи отмечается небольшое движение воздуха;
0,0007 — снаружи отмечается умеренное движение воздуха;
0,00067 — снаружи отмечается большая подвижность воздуха

Влияние этих коэффициентов меняет показания влажности с 80,7% для 0,0013 до 85,7% для 0,00067. Для разных температур цифры будут разные, но грубо — разбег составляет около 5% и только из за коэффициента.

И тут заметил, что при работах с инкубаторами — тестирование резистивных датчиков влажности происходит по насыщенному раствору поваренной соли. Порывшись в интернете, выяснил, что да, такой способ поверки имеет место. Решил, а почему бы не протестировать определение влажности «мокрым способом» через раствор поваренной соли?

Вкратце — немного теории.

Как получить калиброванную относительную влажность без генератора. Всем водным растворам, а также самой воде свойственно определенное давление насыщенного пара. Давление насыщенного пара того или иного раствора зависит от того, какое вещество в нем растворено и в каком количестве. Насыщенные растворы различных солей обладают различным давлением насыщенного пара, то есть в закрытом контейнере относительная влажность над поверхностью этих растворов для каждой отдельной соли при определенной температуре будет постоянной.

Источник — ГОСТ 29244-91(ИСО 483-88). Указанные в стандарте значения относительной влажности являются средними значениями, выражаемыми в процентах, с допускаемым отклонением ±2%.

Таблица 1. Относительная влажность воздуха над насыщенными водными растворами солей при температурах от 5 до 60°С. Насыщенные водные растворы солей, содержащие избыток соли для поддержания насыщенности раствора.

Насыщенным называют такой раствор, в котором при данной температуре вещество больше не растворяется. И сколько бы ни перемешивали раствор с остатком нерастворившейся соли, больше соли не растворится — раствор будет насыщен этой солью при данной температуре.

Относительная влажность воздуха над насыщенными водными растворами солей при температурах от 5 до 60°С. Насыщенные водные растворы солей, содержащие избыток соли для поддержания насыщенности раствора.

Примечания:
1. Раствор гидроксида калия вызывает раздражение, поэтому нельзя допускать попадания его на кожу.
2. Хлорид лития, ацетат калия, хлорид магния, карбонат калия, нитрат магния, нитрит натрия, хлорид натрия, сульфат аммония, нитрат калия рекомендуются для определения диапазонов влажности, так как изменение влажности в зависимости от изменения температуры очень мало в диапазоне от 20 до 30 °С.
3. Соли аммония могут вызвать коррозию медных деталей.
4. Добавление от 1 до 2% тетрабората натрия уменьшает обесцвечивание растворов нитрита натрия. При этом относительная влажность уменьшается на 1% при 20 °С.

Результаты тестов по попытке достигнуть влажности в 75%.

С самого начала эксперимента были сомнения. Ведь в определении влажности по пищевой соли имелись четкие ограничения:
1) система должна быть закрытой/герметичной
2) система должна быть полностью автономной/замкнутой
3) система должна выстоятся во времени.

Был смонтирован стенд. Запустилось тестирование. Что бы не делалось, влажность доходила до 85,5 % причем очень быстро — минут за 30. А вот дальше очень медленно (еще примерно час) вырастала до 87%. Что бы не делалось, всегда происходило примерно одно и то же. Не помогала ни концентрация соли (хотя и не должна была что то поменять), ни другие ухищрения (разве что на скорость устаканивания влажности).

Явно что тест проваливался и явно, что в эксперименте не выполнялся пункт №2 «система должна быть полностью автономной/замкнутой». Ведь влажность в 75% создавалась только в замкнутой системе, без воздействия внешних факторов. В нашем же тесте появлялась дополнительная переменная в виде дополнительной влаги от «мокрого датчика температуры».

Определение влажности с помощью соли

Что происходит на самом деле. Если система замкнутая, то соль заберёт излишек влаги из воздуха закрытой ёмкости. Никаких внешних поступлений влаги нет. Со временем влажность приходит в точку равновесия равную 75%. В нашем же эксперименте было постоянное поступление дополнительной влаги в виде испарений с тряпочки «мокрого датчика температуры».

Раз за разом при тестировании влажность останавливалась на уровне 86-87% и выше не поднималась. Что наводило на мысль: «а может ниже и не получить»?

Тогда было принято решение сделать тот же тест с гигрометром психрометрическим. И если влажность будет одинаковая, даже и не 75%, то датчики определяют правильную влажность.

Вот что получилось в итоге:

* На основе двух датчиков температур: сухого и влажного. Датчики температуры на основе сопротивления (не ёмкостные).

Через 2 часа влажность практически уже не менялась. Отличия по влажности составили 2,7% от эталонного образца (гигрометр психрометрический). И то трудно сказать — или это погрешность самого датчика, программы (выбор коэффициента) или же это отличия в объеме при тестировании. В первом случае объём стеклянной банки был всего 0,9 литра, а во втором случае объем пластикового бокса составил уже 16 литров. Да и поверхность площади испарений с датчика в стеклянной банке была раза в 4 больше, чем у гигрометра психрометрического в пластиковом боксе. И на выходе получили, что в стеклянной банке влажность была больше. В общем, есть повод дополнительно поразмышлять на эту тему.

Что можно сказать по итогам данного эксперимента. Влажность в 75% не получили и на это есть объективные причины (был постоянно приток свежей влаги от «мокрого датчика»). Но зато в обоих тестовых образцах с мокрой солью результаты практически одинаковые и составили около 85%, причем держались более 7 часов (затем эксперимент прекратил, в 21-30 результаты были без изменений на обоих стендах).

В 07-30 утра, то есть через 18 часов с начала тестов, получились следующие результаты:
Гигрометр 22,1-20,8=1,3 ºС. Влажность = 88,0%
Влажность по разнице температур 19,0 ºС и 17,9 ºС. Влажность = 89,6%

На что хочу еще обратить внимание. Если делать тест влажности без соли, то влажность достигнет 99,9% уже через 40 минут. Об этом подробнее можно прочитать в статье «Мокрый датчик температуры. Тест 1. Влажность 100%».

Итак, цифровой способ определения влажности по «мокрому датчику температуры» позволяет получать результаты сопоставимые по эталонному способу определения влажности «гигрометр психрометрический», которому уже скоро исполнится 150 лет.

Фото тестовых стендов приведены ниже.

Да, отличия есть, но составляют всего 2,7%. Но вот скорость реакция на изменения влажности и температуры у цифрового датчика гораздо выше.

Вам также может понравиться

Умная Теплица — online работа.

Мокрый датчик температуры. Тест 1. Влажность 100%.

Добавить комментарий Отменить ответ

Вы должны быть авторизованы, чтобы оставить комментарий.

Источник