Какова природа равновесия между водой и воздухом в герметичном сосуде, нагретом выше 100°С?

У вас есть двухлитровый жесткий контейнер с 1 литром жидкой воды и над ним 1 литр смеси воздуха и водяного пара при давлении 1 атм. Температура равна 20°С, а парциальное давление водяного пара в головном пространстве равно равновесному давлению пара, так что система находится в равновесии. Это начальное термодинамическое равновесное состояние системы. Начните с определения парциального давления воздуха в головном пространстве, массы воздуха в контейнере и массы воды. В дальнейших расчетах допустимо считать, что парциальное давление водяного пара в надпорном пространстве равно равновесному давлению пара при температуре жидкости, а воздух не растворяется в жидкой воде.

Давление паров воды при 20°С = 17,5 торр = 0,023 атм.

Парциальное давление воздуха в баллоне при 20 С = 0,977 атм.

По закону идеального газа моли водяного пара в свободном пространстве = 0,00096.

Масса воды в свободном пространстве = 0,017 грамма.

Общая масса воды в контейнере = 1000,017 грамм.

Моль воздуха в свободном пространстве = 0,04066

Масса воздуха в пространстве над головой = 1,18 грамма.

Теперь вы поднимаете температуру системы до 50°С и даете ей уравновеситься. Каково парциальное давление водяного пара в головном пространстве и масса, разделенная между жидкой водой и водяным паром? А каково парциальное давление воздуха в головном пространстве? Какое общее давление.

ТЕПЕРЬ НА 50 С

Давление паров воды при 50°С = 92,5 торр = 0,121 атм.

Из закона идеального газа массовая плотность водяного пара в свободном пространстве = 0,0822 г/л = 0,0000822 г/куб.

Пусть x = масса воды в паровой фазе

Масса воды в жидкой фазе = 1000,017-х

Объем воды в контейнере (см3) =$(1000.017-x)+\frac{x}{0.0000822}=2000$

Решение для x : x = 0,0822 грамма

Оставшаяся жидкая вода = 999,93 грамма

Объем пара = 1,00007

Из закона идеального газа парциальное давление воздуха = 1,077 атм.

Общее давление = 1,197 атм.

Теперь попробуйте 100°С, 150°С, 200°С и т.д.

Допустим, у вас есть сосуд с водой и воздухом, и вы начинаете его нагревать. Температура воды и воздуха внутри начнет повышаться, а также давление, потому что воздух хотел бы расшириться (но объем фиксирован, а вода почти несжимаема). Поскольку точка кипения вещества зависит как от давления, так и от температуры (например, вода может кипеть при температуре окружающей среды в вакууме), это предотвратит кипение воды до тех пор, пока давление ее пара не превысит давление воздуха. Так работает скороварка.

Когда давление пара превысит давление воздуха, если может произойти зародышеобразование (а это почти всегда имеет место в повседневной жизни), вода начнет кипеть, часть ее превратится в пар, и давление снова возрастет. Теперь внешнее давление будет равно давлению пара, и вода больше не сможет кипеть.

В определенный момент, если контейнер не сломается из-за высокого давления, вы достигнете критической точки воды в$374$°С -$218$банкомат Выше этой точки вода перестанет существовать в виде двух отдельных фаз и будет присутствовать одна газообразная фаза.