Не понимаю закон Рауля


Что Питер имел ввиду под vapour pressure? Я не совсем понял значение этого термина в главе про фазовые диаграммы.
Есть смесь бензола и нафталина, как в примере, и по формуле находят давление пара бензола. Но бензол при 25°С находится в жидком состоянии, откуда там пар взялся?

Происходит процесс испарения. В любой момент времени, какие-то молекулы жидкости переходят в газообразное состояние, а какие-то молекулы из газообразного состояния переходят в жидкое. В какой-то момент количество молекул, которые переходят в жидкость за единицу времени равно количеству молекул, которые переходят в газообразное состояние за ту же единицу времени. Тогда достигается равновесие и количество молекул ни в жидкости, ни в паре не меняется.

Пар — газ, который находится в равновесии с жидким или твердым состоянием. Vapour pressure — давление этого пара после достижения равновесия.

4 симпатии

Это происходит только когда вещество на границе жидкость-пар, или тв-пар? Или даже при 25° и 1 атм, некоторое количество жидкого бензола переходит в газ?

При ненулевой температуре (в теории) над любым веществом в равновесии есть некое парциальное давление пара этого вещества (да, даже над медью или NaCl). Но как ты догадываешься, там настолько мизерные цифры получаются для комнатных температур, что скорее всего даже пары молекул NaCl в комнате в воздухе не окажется. А вот бензол кипит легко. поэтому его пары можно носом даже почуять, если ты будешь стоять рядом.

Почему так? Можно придумать несколько объяснений:

  1. На пальцах
    Потому что температура и потому что энтропия. Энтропия на один моль у веществ в малой концентрации невероятная. Температура немного молекул всегда выбьет в газ.

  2. С помощью того что ты уже знаешь
    Энергия Гиббса процесса кипения/возгонки, это какое-то конкретное число. \Delta G_{ф.п.}^\circ=\Delta H_{ф.п.}^\circ-T\Delta S_{ф.п.}^\circ
    Как ты знаешь

\Delta G^\circ=-RT\ln K_{равн}

Даже если энергия Гиббса очень положительная, то константа равновесия не будет равна нулю (логарифм же, под ним ноль не может стоять). А что такое константа равновесия для процесса испарения?

\ce{C6H6_{(ж)} -> C6H6_{(г)}}\\ K_{равн}= p(\ce{C6H6_{(г)}})

Получается для равновесия всегда нужно какое-то давление пара над веществом. Кипение же, отличается от испарения визуально. Образование пузырей в объеме жидкости становится возможным, если парциальное давление пара начинает превышать давление атмосферное. На Эвересте вода кипит при более низкой температуре именно по этой причине, и даже легко посчитать при какой, если известны стандартные энтальпии и энтропии процесса кипения воды и давление на Эвересте. А если включить вакуум, можно заставить воду кипеть и при комнатной температуре. Если внешнее давление меньше чем давление пара, то в конце концов всё вещество выкипит.
3. С помощью более строгих выкладок
Две подсистемы, которые могут обмениваться теплом и веществом, будут находиться в равновесии, если у них одинаковая температура, давление и хим.потенциалы (\mu) веществ. Это основное условие равновесия. Для идеального газа, хим.потенциал \mu=\mu^\circ+ RT \ln p , а для чистого вещества он просто совпадает с энергией Гиббса одного моля вещества.
По условию равновесия между жидкой и газообразной фазой, у них должны быть одинаковые хим. потенциалы веществ

\mu_ж=\mu_{п} \\

Но хим.потенциал жидкости это просто \mu_ж^\circ=G_{m}^\circ поэтому

\mu_ж^\circ=\mu_п=\mu_п^\circ+ RT \ln p

И мы опять приходим в выражению из второго пункта. Из-за свойства логарифма, у нас постоянно хоть какое-то давление да нужно иметь для пара. Ноль то подставить под логарифм нельзя.
Закон Рауля, формула для осмотического давления, коллигативные свойства и т.д. всё выходит из требования равенства хим.потенциалов для веществ. Закон Рауля сам собой появляется, если примем, что раствор идеальный. Т.к. в идеальном растворе для любого компонента \mu=\mu^\circ+ RT \ln \chi
Но это уже совсем другая история

6 симпатий

я просто хочу на этом акцентировать внимание – существование запаха возможно, во многом, благодаря именно давлению насыщенного пара.

Сами подумайте – вы чувствуете запах. Это значит что-то должно триггернуть нейронные сигналы. Что триггерит? Молекулы. Молекулы чего? того, что вы нюхаете))

2 симпатии