वाष्प दबाव



वाष्प दबाव या संतुलन वाष्प दबाव को संघनन स्तिथि के साथ ऊष्मा गतिकी संतुलन में वाष्प के कारण लगने वाले दबाव के रूप में परिभाषित किया गया है ( ऊष्मागतिकी प्रणाली या क्लोज्ड प्रणाली में दिए गए तापमान पर पदार्थ (ठोस या तरल)। संतुलन वाष्प दबाव तरल की ऊष्मागतिकी प्रवृत्ति को वाष्पित करने का संकेत है। यह सह-अस्तित्व वाले वाष्प चरण में तरल (या ठोस) से निकलने वाले कणों के संतुलन से संबंधित है। सामान्य तापमान पर उच्च वाष्प दबाव वाले पदार्थ को अधिकांशतः ' अस्थिरता (रसायन विज्ञान) ' कहा जाता है। तरल सतह के ऊपर उपस्तिथ वाष्प द्वारा प्रदर्शित दबाव को वाष्प दबाव के रूप में जाना जाता है। जैसे-जैसे तरल का तापमान बढ़ता है, गैस के चरण में उन अणुओं की एन्ट्रापी की तुलना में तरल अणुओं के बीच आकर्षक संवाद कम महत्वपूर्ण हो जाती है, जिससे वाष्प का दबाव बढ़ जाता है। इस प्रकार, शक्तिशाली इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन वाले तरल पदार्थों में छोटे वाष्प दबाव होने की संभावना होती है, शक्तिहीन इंटरैक्शन के लिए रिवर्स ट्रू होता है।

किसी भी पदार्थ का वाष्प दबाव गैर-रैखिक रूप से तापमान के साथ बढ़ता है, जिसे अधिकांशतः क्लॉसियस-क्लैप्रोन संबंध द्वारा वर्णित किया जाता है। तरल का वायुमंडलीय दबाव क्वथनांक ( सामान्य क्वथनांक के रूप में भी जाना जाता है) वह तापमान होता है जिस पर वाष्प का दबाव परिवेश के वायुमंडलीय दबाव के बराबर होता है। उस तापमान में किसी भी वृद्धिशील वृद्धि के साथ, वाष्प का दबाव वायुमंडलीय दबाव को दूर करने के लिए पर्याप्त हो जाता है और तरल वाष्प के बुलबुले बनाने का कारण बनता है। उच्च तरल गहराई में तरल बुलबुले के गठन के लिए उच्च द्रव दबाव के कारण थोड़ा अधिक तापमान की आवश्यकता होती है, ऊपर द्रव द्रव्यमान के हाइड्रोस्टेटिक दबाव के कारण। उथली गहराई पर अधिक महत्वपूर्ण बुलबुला गठन प्रारंभ करने के लिए आवश्यक उच्च तापमान है। बुलबुले की दीवार का सतही तनाव बहुत छोटे, प्रारंभिक बुलबुले में अधिक दबाव की ओर जाता है।

वाष्प दबाव जो मिश्रण में घटक प्रणाली में कुल दबाव में योगदान देता है, उसे आंशिक दबाव कहा जाता है। उदाहरण के लिए, समुद्र तल पर हवा, और 20 डिग्री सेल्सियस पर जल वाष्प के साथ संतृप्त, लगभग 2.3 केपीए पानी, 78 केपीए नाइट्रोजन, 21 केपीए ऑक्सीजन और 0.9 केपीए आर्गन का आंशिक दबाव होता है, वातावरण (यूनिट) के लिए कुल मिलाकर 102.2 केपीए, आधार बनाता है।

मापन और इकाइयां
वाष्प दबाव को दबाव की मानक इकाइयों में मापा जाता है। इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली (एसआई) दबाव को एसआई व्युत्पन्न इकाई के रूप में प्रति क्षेत्र बल के आयाम के साथ पहचानता है और पास्कल (यूनिट) (पीए) को इसकी मानक इकाई के रूप में नामित करता है। पास्कल न्यूटन (इकाई) प्रति वर्ग मीटर (N·m −2 या किग्रा·मी −1·से -2).

वाष्प दबाव का प्रायोगिक माप 1 और 200 केपीए के बीच सामान्य दबावों के लिए सरल प्रक्रिया है। अधिकांश त्रुटिहीन परिणाम पदार्थों के क्वथनांक के पास प्राप्त होते हैं और माप के बड़े त्रुटि परिणाम से छोटे होते हैं । प्रक्रियाओं में अधिकांशतः परीक्षण पदार्थ को शुद्ध करना, इसे कंटेनर में अलग करना, किसी भी विदेशी गैस को निकालना, फिर विभिन्न तापमानों पर कंटेनर में पदार्थ के गैसीय चरण के संतुलन के दबाव को मापना सम्मलित होता है। बेहतर त्रुटिहीन तब प्राप्त होती है जब यह सुनिश्चित करने के लिए देखभाल की जाती है कि संपूर्ण पदार्थ और उसका वाष्प निर्धारित तापमान पर है। यह अधिकांशतः किया जाता है, जैसा कि तरल स्नान में रोकथाम क्षेत्र को जलमग्न करके, आइसोटेनोस्कोप के उपयोग के साथ किया जाता है।

नुडसन इफ्यूजन सेल विधि का उपयोग करके ठोस पदार्थों के बहुत कम वाष्प दबावों को मापा जा सकता है।

एक चिकित्सा संदर्भ में, वाष्प दबाव कभी-कभी अन्य इकाइयों में व्यक्त किया जाता है, विशेष रूप से पारा के मिलीमीटर | पारा के मिलीमीटर (एमएमएचजी)। यह अस्थिर एनेस्थेटिक्स के लिए महत्वपूर्ण है, किंतु अपेक्षाकृत उच्च वाष्प दबाव के साथ, जिनमें से अधिकांश शरीर के तापमान पर तरल होते हैं।

एंटोनी समीकरण के साथ वाष्प के दबाव का अनुमान लगाना
एंटोनी समीकरण वाष्प दबाव और शुद्ध तरल या ठोस पदार्थों के तापमान के बीच संबंध की व्यावहारिक गणितीय अभिव्यक्ति है। यह वक्र-फिटिंग द्वारा प्राप्त किया जाता है और इस तथ्य के अनुकूल होता है कि वाष्प दबाव सामान्यतः तापमान के समारोह के रूप में बढ़ रहा है और अवतल है। समीकरण का मूल रूप है:

$$\log P = A-\frac{B}{C+T}$$ और इसे इस तापमान-स्पष्ट रूप में रूपांतरित किया जा सकता है:

$$T = \frac{B}{A-\log P} - C$$ जहाँ पे:
 * $$P$$ किसी पदार्थ का पूर्ण वाष्प दाब है
 * $$T$$ पदार्थ का तापमान है
 * $$A$$, $$B$$ और $$C$$ पदार्थ-विशिष्ट गुणांक हैं (अर्थात, स्थिरांक या पैरामीटर)
 * शैली = लंबवत-संरेखण:-30%; >$$\log$$ सामान्यतः या तो है $$\log_{10}$$ या $$\log_e$$

केवल दो गुणांक वाले समीकरण का सरल रूप कभी-कभी उपयोग किया जाता है:

$$\log P = A- \frac{B}{T}$$ जिसे रूपांतरित किया जा सकता है:

$$T = \frac{B}{A-\log P}$$ एक ही पदार्थ के उर्ध्वपातन और वाष्पीकरण में एंटोनी गुणांक के अलग-अलग सेट होते हैं, जैसा कि मिश्रण में घटक करते हैं। एक विशिष्ट यौगिक के लिए निर्धारित प्रत्येक पैरामीटर केवल निर्दिष्ट तापमान सीमा पर लागू होता है। सामान्यतः, तापमान रेंज को समीकरण की त्रुटिहीन को 8-10 प्रतिशत तक बनाए रखने के लिए चुना जाता है। कई वाष्पशील पदार्थों के लिए, मापदंडों के कई अलग-अलग सेट उपलब्ध हैं और विभिन्न तापमान रेंज के लिए उपयोग किए जाते हैं। किसी यौगिक के गलनांक से उसके महत्वपूर्ण तापमान तक उपयोग किए जाने पर किसी एकल पैरामीटर सेट के साथ एंटोनी समीकरण की त्रुटिहीन खराब होती है। उपकरण की सीमाओं के कारण वाष्प का दबाव 10 टोर से कम होने पर त्रुटिहीन भी सामान्यतः खराब होती है एंटोनी पैरामीटर मान स्थापित करने के लिए उपयोग किया जाता है।

वैगनर समीकरण सर्वश्रेष्ठ में से देता है प्रयोगात्मक डेटा के लिए फिट बैठता है किंतु अधिक जटिल है। यह कम वाष्प दबाव को कम तापमान के समारोह के रूप में व्यक्त करता है।

तरल पदार्थ के क्वथनांक से संबंध
एक सामान्य प्रवृत्ति के रूप में, परिवेश के तापमान पर तरल पदार्थ का वाष्प दबाव घटते क्वथनांक के साथ बढ़ता है। यह वाष्प दबाव चार्ट (दाएं देखें) में दिखाया गया है जो विभिन्न प्रकार के तरल पदार्थों के वाष्प दबाव बनाम तापमान के ग्राफ दिखाता है। तरल के सामान्य क्वथनांक पर, वाष्प का दबाव मानक वायुमंडलीय दबाव के बराबर होता है जिसे 1 वायुमंडल के रूप में परिभाषित किया जाता है, 760 टोर, 101.325 केपीए, या 14.69595 पीएसआई।

उदाहरण के लिए, किसी दिए गए तापमान पर, मिथाइल क्लोराइड में चार्ट में किसी भी तरल पदार्थ का उच्चतम वाष्प दबाव होता है। इसमें सबसे कम सामान्य क्वथनांक भी होता है −24.2 °C, जहां मिथाइल क्लोराइड (नीली रेखा) का वाष्प दबाव वक्र पूर्ण वाष्प दबाव के वायुमंडल (वातावरण (इकाई)) की क्षैतिज दबाव रेखा को काटता है।

चूंकि वाष्प दबाव और तापमान के बीच का संबंध गैर-रैखिक है, चार्ट थोड़ा घुमावदार रेखाओं का निर्माण करने के लिए लॉगरिदमिक वर्टिकल एक्सिस का उपयोग करता है, इसलिए चार्ट कई तरल पदार्थों को ग्राफ़ कर सकता है। वाष्प दाब के लघुगणक को 1/(T + 230) के विरुद्ध आलेखित करने पर लगभग सीधी रेखा प्राप्त होती है। जहाँ T डिग्री सेल्सियस में तापमान है। क्वथनांक पर किसी द्रव का वाष्प दाब उसके आस-पास के वातावरण के दाब के बराबर होता है।

तरल मिश्रण: राउल्ट का नियम
राउल्ट का नियम तरल पदार्थों के मिश्रण के वाष्प दाब का अनुमान देता है। इसमें कहा गया है कि एकल-चरण मिश्रण की गतिविधि (दबाव या भगदड़) घटकों के वाष्प दबावों के मोल-अंश-भारित योग के बराबर है:


 * $$ P_{\rm tot} =\sum_i P y_i = \sum_i P_i^{\rm sat} x_i \,$$

कहाँ पे $$P_{\rm tot}$$ मिश्रण का वाष्प दाब है, $$x_i$$ घटक का मोल अंश है $$i$$ तरल चरण में और $$y _i$$ घटक का मोल अंश है $$i$$ वाष्प चरण में क्रमशः। $$P_i^{\rm sat}$$ घटक का वाष्प दाब है $$i$$. राउल्ट का नियम केवल गैर-इलेक्ट्रोलाइट्स (अपरिवर्तित प्रजातियों) पर लागू होता है; यह गैर-ध्रुवीय अणुओं के लिए सबसे उपयुक्त है, जिनमें केवल शक्तिहीन अंतर-आणविक आकर्षण (जैसे लंदन बल ) हैं।

उपरोक्त सूत्र द्वारा इंगित वाष्प दबाव वाले प्रणाली को सकारात्मक विचलन कहा जाता है। इस तरह का विचलन शुद्ध घटकों की तुलना में शक्तिहीन अंतर-आणविक आकर्षण का सुझाव देता है, जिससे कि अणुओं को तरल चरण में शुद्ध तरल की तुलना में कम दृढ़ता से आयोजित करने के बारे में सोचा जा सके। उदाहरण लगभग 95% इथेनॉल और पानी का अजिओट्रॉप है। क्योंकि अजिओट्रॉप का वाष्प दाब राउल्ट के नियम की भविष्यवाणी से अधिक है, यह किसी भी शुद्ध घटक के तापमान से कम तापमान पर उबलता है।

नकारात्मक विचलन वाली प्रणालियाँ भी हैं जिनमें वाष्प दबाव अपेक्षा से कम है। इस तरह का विचलन शुद्ध घटकों की तुलना में मिश्रण के घटकों के बीच शक्तिशाली अंतर-आणविक आकर्षण का प्रमाण है। इस प्रकार, जब कोई दूसरा अणु उपस्तिथ होता है तो अणु तरल में अधिक शक्तिशाली से बने रहते हैं। उदाहरण ट्राइक्लोरोमेथेन (क्लोरोफॉर्म) और 2-प्रोपेनोन (एसीटोन) का मिश्रण है, जो किसी भी शुद्ध घटक के क्वथनांक से ऊपर उबलता है।

मिश्रण के घटकों के ऊष्मागतिकी गतिविधि गुणांक निर्धारित करने के लिए नकारात्मक और सकारात्मक विचलन का उपयोग किया जा सकता है।

ठोस
संतुलन वाष्प दाब को उस दबाव के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जब संघनित चरण अपने स्वयं के वाष्प के साथ संतुलन में होता है। संतुलन ठोस की स्थितियों में, जैसे कि क्रिस्टल, इसे दबाव के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जब ठोस के उच्च बनाने की क्रिया (भौतिकी) की दर उसके वाष्प चरण के जमाव की दर से मेल खाती है। अधिकांश ठोस पदार्थों के लिए यह दबाव बहुत कम होता है, किंतु कुछ उल्लेखनीय अपवाद हैं नेफ़थलीन , सूखी बर्फ (शुष्क बर्फ का वाष्प दबाव 5.73 एम्पीए (831 पीएसआई, 56.5 एटीएम्) 20 °C पर होता है, जिसके कारण अधिकांश सीलबंद कंटेनर फट जाते हैं), और बर्फ। सभी ठोस पदार्थों में वाष्प का दबाव होता है। चूंकि, उनके अधिकांशतः अत्यधिक कम मूल्यों के कारण मापन अधिक जटिल हो सकता है। विशिष्ट तकनीकों में थर्मोग्रैविमेट्री और गैस वाष्पोत्सर्जन का उपयोग सम्मलित है।

किसी ठोस के उर्ध्वपातन दाब (अर्थात् वाष्प दाब) की गणना के लिए कई विधियाँ हैं। क्लॉसियस-क्लैपेरॉन संबंध के इस विशेष रूप का उपयोग करके, संलयन की तापीय धारिता ज्ञात होने पर, बहिर्वेशित तरल वाष्प दबावों (सुपरकूल्ड तरल के) से उर्ध्वपातन दबाव का अनुमान लगाने की विधि है:
 * $$\ln\,P^{\rm sub}_{\rm s} = \ln\,P^{\rm sub}_{\rm l} - \frac{\Delta_{\rm fus}H}{R} \left( \frac{1}{T_{\rm sub}} - \frac{1}{T_{\rm fus}} \right)$$

कहाँ पे:


 * $$P^{\rm sub}_{\rm s}$$ तापमान पर ठोस घटक का उर्ध्वपातन दबाव है $$ T_{\rm sub} < T_{\rm fus} $$.
 * $$ P^{\rm sub}_{\rm l}$$ तापमान पर तरल घटक का अतिरिक्त वाष्प दबाव है $$ T_{\rm sub} < T_{\rm fus} $$.
 * $$\Delta_{\rm fus}H $$ संलयन की गर्मी है।
 * $$R$$ गैस नियतांक है।
 * $$T_{\rm sub}$$ उर्ध्वपातन तापमान है।
 * $$T_{\rm fus}$$ गलनांक तापमान है।

यह विधि मानती है कि संलयन की ऊष्मा तापमान-स्वतंत्र है, विभिन्न ठोस चरणों के बीच अतिरिक्त संक्रमण तापमान की उपेक्षा करती है, और यह तापमान के लिए उचित अनुमान देती है जो गलनांक से बहुत दूर नहीं है। यह भी दर्शाता है कि उर्ध्वपातन दाब बहिर्वेशित द्रव वाष्प दाब (Δfusएच> 0) और अंतर गलनांक से बढ़ी हुई दूरी के साथ बढ़ता है।

पानी का क्वथनांक


सभी तरल पदार्थों की तरह, पानी तब उबलता है जब उसका वाष्प दबाव उसके आसपास के दबाव तक पहुँच जाता है। प्रकृति में, उच्च ऊंचाई पर वायुमंडलीय दबाव कम होता है और पानी कम तापमान पर उबलता है। वायुमंडलीय दबावों के लिए पानी के उबलते तापमान को एंटोनी समीकरण द्वारा अनुमानित किया जा सकता है:


 * $$\log_{10}\left(\frac{P}{1\text{ Torr}}\right) = 8.07131 - \frac{1730.63\ {}^\circ\text{C}}{233.426\ {}^\circ\text{C} + T_b}$$

या इस तापमान-स्पष्ट रूप में परिवर्तित:


 * $$T_b = \frac{1730.63\ {}^\circ\text{C}}{8.07131 - \log_{10}\left(\frac{P}{1\text{ Torr}}\right)} - 233.426\ {}^\circ\text{C}$$

जहां तापमान $$T_b$$ डिग्री सेल्सीयस और दबाव में क्वथनांक है $$P$$ Torr में है.

डुह्रिंग का नियम
डुह्रिंग के नियम में कहा गया है कि तापमान के बीच रैखिक संबंध उपस्तिथ होता है जिस पर दो समाधान समान वाष्प दबाव डालते हैं।

उदाहरण
निम्नलिखित सारणी विभिन्न प्रकार के पदार्थों की सूची है जो बढ़ते हुए वाष्प दाब (पूर्ण इकाइयों में) द्वारा क्रमबद्ध हैं।

आणविक संरचना से वाष्प दाब का आकलन
कार्बनिक अणुओं के लिए आणविक संरचना से वाष्प के दबाव का अनुमान लगाने के लिए कई अनुभवजन्य विधिया उपस्तिथ हैं। कुछ उदाहरण SIMPOL.1 विधि हैं, मोलर एट अल की विधि। और वाष्पीकरण (ऑर्गेनिक्स के वाष्प दबाव का अनुमान, तापमान के लिए लेखांकन, इंट्रामोलेक्युलर, और गैर-एडिटिविटी प्रभाव)।

मौसम विज्ञान में
मौसम विज्ञान में, वाष्प दाब शब्द का अर्थ है वातावरण में पानी का वाष्प दाब, यदि वह संतुलन में न हो। यह अन्य विज्ञानों में इसके अर्थ से भिन्न है। अमेरिकी मौसम विज्ञान सोसायटी ग्लोसरी ऑफ़ मेटेरोलॉजी के अनुसार, 'संतृप्ति वाष्प दबाव' ठीक से तरल पानी या ठोस बर्फ की सपाट सतह के ऊपर पानी के संतुलन वाष्प दबाव को संदर्भित करता है, और यह केवल तापमान का कार्य है और संघनित चरण तरल है या नहीं ठोस।

सापेक्ष आर्द्रता को संतृप्ति वाष्प दाब के सापेक्ष परिभाषित किया जाता है। संतुलन वाष्प दबाव के लिए संघनित चरण को समतल सतह होने की आवश्यकता नहीं होती है; इसमें छोटी-छोटी बूंदें हो सकती हैं जिनमें संभवतः विलेय (अशुद्धियाँ) हों, जैसे कि बादल । बूंदों के आकार और बादल संघनन नाभिक के रूप में कार्य करने वाले अन्य कणों की उपस्थिति के आधार पर संतुलन वाष्प दबाव संतृप्ति वाष्प दबाव से अधिक भिन्न हो सकता है।

चूंकि, इन शब्दों का उपयोग असंगत रूप से किया जाता है, और कुछ लेखक एएम्एस शब्दावली द्वारा दिए गए संकीर्ण अर्थ के बाहर संतृप्ति वाष्प दबाव का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए, वायुमंडलीय संवहन पर पाठ बताता है, केल्विन प्रभाव के कारण छोटी बूंद की घुमावदार सतह पर संतृप्ति वाष्प दबाव का कारण समतल पानी की सतह की तुलना में अधिक होता है (जोर दिया जाता है)।

अभी भी वर्तमान शब्द संतृप्ति वाष्प दबाव अप्रचलित सिद्धांत से निकला है कि जल वाष्प हवा में घुल जाता है, और किसी दिए गए तापमान पर हवा संतृप्त होने से पहले केवल निश्चित मात्रा में पानी पकड़ सकती है। वास्तव में, जैसा कि डाल्टन के नियम (1802 से जाना जाता है) द्वारा कहा गया है, जल वाष्प या किसी पदार्थ का आंशिक दबाव हवा पर बिल्कुल भी निर्भर नहीं करता है, और प्रासंगिक तापमान तरल का होता है। फिर भी, गलत धारणा जनता और यहां तक ​​कि मौसम विज्ञानियों के बीच बनी रहती है, भ्रामक शर्तों संतृप्ति दबाव और सुपरसेटरेशन और सापेक्ष आर्द्रता की संबंधित परिभाषा से सहायता प्राप्त होती है।

यह भी देखें

 * पूर्ण आर्द्रता
 * एंटोनी समीकरण
 * ली-केसलर विधि
 * आसमाटिक गुणांक
 * राउल्ट का नियम: घोल में वाष्प का दबाव कम होना
 * रीड वाष्प दबाव
 * सापेक्षिक आर्द्रता
 * सापेक्ष अस्थिरता
 * संतृप्ति वाष्प घनत्व
 * तीन बिंदु
 * सही वाष्प दबाव
 * वाष्प-तरल संतुलन
 * तत्वों का वाष्प दबाव (डेटा पृष्ठ)
 * पानी का वाष्प दाब

बाहरी कड़ियाँ

 * Fluid Characteristics Chart
 * Hyperphysics
 * MSDS Vapor Pressure
 * Online vapor pressure calculation tool (Requires Registration)
 * Prediction of Vapor Pressures of Pure Liquid Organic Compounds