为什么气压低沸点就低,他们之间有什么联系?

当压力降低时,原本处于沸腾状态的液体所受的压力减小,使得液体无法继续被压制,其气化速度会瞬间提升,即发生爆沸现象。为了恢复正常的气化速度并避免爆沸,降低温度是显而易见的解决方案。这是因为温度直接影响着分子的运动速度,温度的下降能使爆沸的液体恢复到正常的沸腾状态。

从热力学的角度来看,液体在沸点时的气液转变过程中,吉布斯自由能变化ΔG等于0。基于这一原理,我们可以设计过程并计算压力下降时的沸点。在下图中,p1大于p2。

为什么气压低沸点就低,他们之间有什么联系?-有驾

由于过程1和3都是在沸点下的气液转变,因此它们的吉布斯自由能变化ΔG都为0。由此可得,ΔG1=ΔG2+ΔG3+ΔG4=ΔG2+ΔG4=0。吉布斯自由能的变化可以通过公式dG=-SdT+Vdp来描述。

因此,ΔG2可以表示为-∫(T1→T2)SldT + ∫(p1→p2)Vldp,而ΔG4为-∫(T2→T1)SgdT + ∫(p2→p1)Vgdp,进一步化简可得ΔG4=∫(T1→T2)SgdT - ∫(p1→p2)Vgdp。

将ΔG2和ΔG4相加,我们得到:ΔG2+ΔG4=∫(T1→T2)(Sg-Sl)dT + ∫(p1→p2)(Vl-Vg)dp = 0。已知p1大于p2,并且气体的摩尔体积Vg大于液体的摩尔体积Vl,因此∫(p1→p2)(Vl-Vg)dp小于0。由此推出,∫(T1→T2)(Sg-Sl)dT必须大于0。

由于气体的摩尔熵Sg大于液体的摩尔熵Sl,为了使上述积分大于0,必须满足T1大于T2的条件。这说明了压力的下降会导致沸点的降低。

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