液体的蒸气压及相关理论

1. 纯净液体的蒸气压

液体分子处于永恒的运动之中，动能较大的分子在接近液面时会脱离液面的束缚而逸散到上部空间中去。这些逸出液面的分子不断被风吹散，同时又有新的液体分子逸出，久而久之，液体分子全部进入大气，我们就说液体被“晾干”了。如果将液体置于一个密闭体系中，并抽去液面上的空气，使其成为真空密闭状态，这时分子逸出液面的情况仍会发生，但逸出液面的分子却只能在有限的空间中漂移而形成蒸气。由于分子互相碰撞，有的分子被撞回液体中去。当达到平衡时，单位时间内逸出液面的分子数与重新回到液体中的分子数相等，液面上蒸气的密度不再增加，即达到了饱和。饱和时蒸气的压强称为该种液体的饱和蒸气压，简称蒸气压。在同一温度下，不同种的液体一般具有不同的蒸气压；而同一种液体，其蒸气压大小仅与温度有关，与液体的绝对量无关。当液体种类一定、温度一定时，蒸气压具有固定不变的值。

将液体加热，其蒸气压随着温度的升高而升高（图2-2-1）。当蒸气压升至与外界施加于液面的压强相等时，气化现象不仅发生于液体表面，而且剧烈地发生于液体的内部，有大量气泡从液体内部逸出，这种现象称为沸腾。通常把沸腾时的温度称为沸点。由于沸点与外界压强有关，所以记录沸点时需同时注明外界压强。例如，水在85 326 Pa的压强下于95 °C沸腾，可记为95 °C/85 326 Pa。如不注明压强，则通常认为外界压强为一个标准大气压（105 Pa）。

图2-2-1 温度与蒸气压关系

2. 过热液体

有时液体的温度已经达到或超过其沸点而仍不沸腾，这种现象称为过热。过热的原因在于液体内部缺乏气化中心。通常液体在接近沸点的温度下，内部会产生大量极其细小的蒸气泡。这些蒸气泡由于太小，其浮力不足以冲脱液体的束缚，因而分散地滞留于液体中。如果装盛液体的器皿表面粗糙，吸附有较多空气，则受热时空气泡会迅速增大并向上浮起，在上升时吸收液体中滞留的微小蒸气泡一起逸出液面。在这种情况下，这些空气泡起着气化中心的作用，可使液体平稳地沸腾而不会过热。但在玻璃瓶中加热液体，瓶底及内壁非常光滑，吸附的空气极少，不能提供气化中心，就会造成过热，特别是当液体较黏稠时，更易过热。

过热液体的内部蒸气压大大超过了外界压强，一旦有一个气化中心形成，就会形成许多较大的气泡，这些气泡在上升过程中又会进一步吸收大量滞留的蒸气泡，其体积急剧膨胀并携带液体冲出瓶外，这种不正常的沸腾现象称为暴沸。在蒸馏、减压蒸馏等操作中，暴沸会将未经分离的混合物冲入已被分离开的纯净物中，造成实验失败，严重时还会冲脱仪器的连接处，使液体冲出瓶外，造成着火、中毒等实验事故。为防止暴沸，在蒸馏、回流等操作中投入捶碎的素瓷片，以其粗糙表面上吸附的空气提供气化中心，这种捶碎的素瓷片称为沸石。在减压蒸馏时，则通过毛细管连续地向液体中导入空气作为气化中心。