تغير الضغط الإشباعي للبخار بتغير درجة الحرارة

حين تزداد درجة الحرارة يزداد الضغط الأعظمي للبخار ببطء في البداية ثم يتسارع ازدياده، وكلما كان السائل أكثر تطايراً كان تسارع ازدياد ضغطه أكبر. ويبين الشكل المظهر العام لتغير ضغط البخار الإشباعي ض بتغير درجة الحرارة دْ؛ ويمثل المنحني أب تغير ضغط بخار الجسم الصلب، في حين يمثل المنحني ب جـ تغير ضغط بخار الجسم السائل، وهو ينتهي عند النقطة جـ التي تسمى درجة الحرارة الموافقة لها الدرجة الحرجة للجسم السائل، وتعرَّف بأنه من المستحيل تمييع البخار أو الغاز في درجة حرارة أعلى منها مهما كان الضغط المطبق عليه. وتصبح الخواص الفيزيائية للسائل وبخاره واحدة فيما بعد الدرجة الحرجة.


ويكون الضغطان الأعظميان لبخار الجسم الصلب وبخار الجسم السائل متساويين عند النقطة ب المسماة النقطة الثلاثية إذ يحدث عندها توازن بين حالات أو أطوار الجسم الثلاث: الصلبة والسائلة والغازية.

ويَقْسِمْ منحني توازن السائل مع بخاره مستوى الشكل إلى منطقتين توافق المنطقة العليا حالات مستقرة للسائل وحده، في حين توافق السفلى حالات مستقرة لبخارٍ ليس على تماس مع سائله وذي ضغوط أقل من ضغط البخار المشبع، ويوصف بخار كهذا بأنه جاف وتكون خواصه كخواص الغاز يخضع بتقريب أولي إلى قانون بويل ـ ماريوط، وحين يكون ضغط البخار بعيداً جداً عن ضغط الإشباع لا يعود هناك فرق بينه وبين الغاز. وللانتقال من حالة البخار إلى الحالة السائلة يجب إما إنقاص درجة الحرارة تحت ضغط ثابت أو زيادة الضغط في درجة حرارة ثابتة. ويمكن كذلك ملاحظة توازنات شبه مستقرة بين السائل وبخاره فيما بين النقطة الثلاثية والنقطة الحرجة تكون ناجمة عن تأخر في تكاثف البخار، وفيها يكون السائل موجوداً مع بخاره الذي يسمى فوق المشبع supersaturated، ويكون ضغطه أكبر من ضغط البخار المتوازن توازناً مستقراً في درجة الحرارة المعتبرة.

هذا ويمكن العبور من إحدى المنطقتين إلى الأخرى دون المرور بوضع يتوازن فيه السائل مع بخاره وذلك بالالتفاف من علٍ حول النقطة الحرجة جـ.

صيغ رياضية للدالة ض = تا(د)

إن للعلاقة بين الضغط الأعظمي لبخار السائل ودرجة حرارته أهمية كبيرة في حالة الماء، والصيغة التجريبية هي:







حيث ض هو الضغط الأعظمي لبخار الماء مقدراً بالكيلو غرام/سم2 (أي بالضغط الجوي تقريباً) وحيث د: درجة الحرارة المئوية (سلزيوس). وتصح هذه العلاقة بارتياب نسبي صغير (آحاد في المئة) من أجل درجات الحرارة ما بين 100ْس و200ْس. وتعود الأهمية الأساسية لهذه الصيغة إلى سهولة تطبيقها.

وهناك صيغ أخرى عامة تستند إلى اعتبارات نظرية منها:





حيث د: درجة الحرارة المطلقة، أ، ب ثابتان يتوقفان على طبيعة السائل ومنها:





حيث α وß وγ ثوابت تتوقف كذلك على طبيعة السائل.

وكلا الصيغتين تُستنتجان من معادلة كلابيرون Clapeyron:





حيث حس: الحجم النوعي للسائل؛ حب: الحجم النوعي لبخاره و خ: حرارة استبخار السائل في الدرجة المطلقة د . (الحجم النوعي لمادة هو حجم واحدة الكتل منها) وتزداد الدقة في الصيغتين (2) و(1) كلما ابتعدت درجة الحرارة د عن النقطة الحرجة.