ДАВЛЕНИЕ ПАРА: ПОНЯТИЕ, ПРИМЕРЫ И РЕШАЕМЫЕ УПРАЖНЕНИЯ - ХИМИЯ - 2024

Давление пара является тот , который испытывает поверхность жидкости или твердого вещества, в виде продукта термодинамического равновесия частиц в замкнутой системе. Под закрытой системой понимается контейнер, контейнер или бутылка, которые не подвергаются воздействию воздуха и атмосферного давления.

Следовательно, вся жидкость или твердое вещество в контейнере оказывает на себя характеристику давления пара и характеристику своей химической природы. Неоткрытая бутылка с водой находится в равновесии с водяным паром, который «утрамбовывает» поверхность жидкости и внутренние стенки бутылки.

Газированные напитки иллюстрируют концепцию давления пара. Источник: Pixabay.

Пока температура остается постоянной, количество водяного пара в бутылке не меняется. Но если оно увеличится, наступит момент, когда будет создано такое давление, что крышка может взлететь вверх; как это бывает, когда вы намеренно пытаетесь наполнить и закрыть бутылку кипятком.

С другой стороны, газированные напитки являются более очевидным (и более безопасным) примером того, что подразумевается под давлением пара. При открытии баланс газа и жидкости внутри нарушается, и пар выходит наружу со звуком, похожим на шипение. Этого не произошло бы, если бы давление пара было ниже или было бы незначительным.

Концепция давления пара

Давление пара и межмолекулярные силы

Распечатка нескольких газированных напитков в одинаковых условиях дает качественное представление о том, какие из них имеют более высокое давление пара в зависимости от интенсивности издаваемого звука.

Бутылка с эфиром будет вести себя точно так же; не то масло, мед, сироп или кучу молотого кофе. Они не будут издавать заметного шума, если не выделяют газы от разложения.

Это потому, что их давление пара ниже или незначительно. Из бутылки выходят молекулы в газовой фазе, которые сначала должны преодолеть силы, удерживающие их в «ловушке» или сцеплении в жидкости или твердом теле; то есть они должны преодолевать межмолекулярные силы или взаимодействия, оказываемые молекулами в их среде.

Если бы не было таких взаимодействий, не было бы даже жидкости или твердого вещества, которое можно было бы заключить внутри бутылки. Следовательно, чем слабее межмолекулярные взаимодействия, тем больше вероятность того, что молекулы покинут неупорядоченную жидкость или упорядоченные или аморфные структуры твердого тела.

Это касается не только чистых веществ или соединений, но и смесей, в которые входят уже упомянутые напитки и спиртные напитки. Таким образом, можно предсказать, какая бутылка будет иметь более высокое давление пара, зная состав ее содержимого.

Испарение и летучесть

Жидкость или твердое вещество внутри бутылки, если она открыта, будет непрерывно испаряться; то есть молекулы на его поверхности уходят в газовую фазу, которая рассеивается в воздухе и его токах. Вот почему вода полностью испаряется, если бутылка не закрыта или кастрюля накрыта.

Но этого не происходит с другими жидкостями, и тем более с твердыми телами. Давление пара для последних обычно настолько нелепо, что могут пройти миллионы лет, прежде чем будет замечено уменьшение размера; при условии, что они не заржавели, не разрушились и не разложились за все это время.

Вещество или соединение считается летучим, если оно быстро испаряется при комнатной температуре. Обратите внимание, что летучесть - это качественное понятие: она не измеряется количественно, а является результатом сравнения испарения между различными жидкостями и твердыми телами. Те, которые испаряются быстрее, будут считаться более летучими.

С другой стороны, давление пара можно измерить, собирая само по себе то, что понимается под испарением, кипением и летучестью.

Термодинамическое равновесие

Молекулы в газовой фазе сталкиваются с поверхностью жидкости или твердого тела. При этом межмолекулярные силы других, более конденсированных молекул могут останавливать и удерживать их, тем самым предотвращая их повторный выход в виде пара. Однако в процессе другие молекулы на поверхности успевают ускользнуть, объединяя пар.

Если бутылка будет закрыта, наступит время, когда количество молекул, которые войдут в жидкость или твердое тело, будет равно количеству молекул, которые их покидают. Итак, у нас есть равновесие, которое зависит от температуры. Если температура увеличивается или уменьшается, давление пара изменится.

Чем выше температура, тем выше давление пара, потому что молекулы жидкости или твердого вещества будут обладать большей энергией и легче улетучатся. Но если температура останется постоянной, равновесие будет восстановлено; то есть давление пара перестанет расти.

Примеры давления пара

Предположим, у вас есть н-бутан, CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₃ , и диоксид углерода, CO ₂ , в двух отдельных контейнерах. При 20 ° C измеряли давление их паров. Давление пара для н-бутана составляет примерно 2,17 атм, а для диоксида углерода - 56,25 атм.

Давление пара также можно измерять в Па, бар, торр, мм рт. Ст. И др. CO ₂ имеет давление пара почти в 30 раз выше, чем у н-бутана, поэтому на первый взгляд его контейнер должен быть более прочным, чтобы его можно было хранить; а если на нем есть трещины, он будет стрелять по окрестностям с большей силой.

Этот CO ₂ растворен в газированных напитках, но в достаточно малых количествах, так что при утечке бутылки или банки не взрываются, а только издают звук.

С другой стороны, у нас есть диэтиловый эфир, CH ₃ CH ₂ OCH ₂ CH ₃ или Et ₂ O, давление пара которого при 20 ºC составляет 0,49 атм. Емкость с этим эфиром, когда она открыта, будет похожа на газировку. Его давление пара почти в 5 раз ниже, чем у н-бутана, поэтому теоретически безопаснее обращаться с бутылкой диэтилового эфира, чем с бутылкой н-бутана.

Решенные упражнения

Упражнение 1

Ожидается, что давление пара какого из следующих двух соединений будет превышать 25 ° C? Диэтиловый эфир или этиловый спирт?

Структурная формула диэтилового эфира - CH ₃ CH ₂ OCH ₂ CH ₃ , а этилового спирта - CH ₃ CH ₂ OH. В принципе, диэтиловый эфир имеет более высокую молекулярную массу, он больше, поэтому можно предположить, что его давление пара ниже, поскольку его молекулы тяжелее. Однако верно и обратное: диэтиловый эфир более летуч, чем этиловый спирт.

Это связано с тем, что молекулы CH ₃ CH ₂ OH, как и CH ₃ CH ₂ OCH ₂ CH ₃ , взаимодействуют посредством диполь-дипольных сил. Но в отличие от диэтилового эфира этиловый спирт способен образовывать водородные связи, которые характеризуются наличием особенно сильных и направленных диполей: CH ₃ CH ₂ HO-HOCH ₂ CH ₃ .

Следовательно, давление паров этилового спирта (0,098 атм) ниже, чем у диэтилового эфира (0,684 атм), несмотря на его более легкие молекулы.

Упражнение 2.

Считается, что какое из следующих двух твердых веществ имеет самое высокое давление пара при 25ºC? Нафталин или йод?

Молекула нафталина бициклическая, имеет два ароматических кольца и имеет температуру кипения 218ºC. Со своей стороны, йод является линейным и гомоядерным, I ₂ или II, с температурой кипения 184 ºC. Уже сами по себе эти свойства делают йод, возможно, твердым веществом с самым высоким давлением пара (он кипит при самой низкой температуре).

Обе молекулы, нафталина и йода, неполярны, поэтому они взаимодействуют посредством лондонских дисперсионных сил.

Нафталин имеет более высокую молекулярную массу, чем йод, и поэтому понятно предположение, что его молекулам труднее выйти из черного, ароматного, смолистого твердого вещества; а для йода будет легче избежать темно-фиолетовых кристаллов.

Согласно данным Pubchem, давление пара при 25ºC для нафталина и йода составляет 0,085 мм рт. Ст. И 0,233 мм рт. Ст. Соответственно. Следовательно, давление паров йода в 3 раза выше, чем у нафталина.

Ссылки

1. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия (8-е изд.). CENGAGE Обучение.
2. Давление газа. Получено с: chem.purdue.edu
3. Wikipedia. (2019). Давление газа. Получено с: en.wikipedia.org
4. Редакторы энциклопедии Британника. (03 апреля 2019 г.). Давление газа. Encyclopdia Britannica. Получено с: britannica.com
5. Николь Миллер. (2019). Давление пара: определение, уравнения и примеры. Учиться. Получено с: study.com