- Gőznyomás koncepció
- Gőznyomás és intermolekuláris erők
- Párolgás és illékonyság
- Termodinamikai egyensúly
- Példák a gőznyomásra
- Megoldott gyakorlatok
- 1. Feladat
- 2. gyakorlat
- Irodalom
A gőznyomás olyan folyadék vagy szilárd anyag felületét érinti, amely a részecskék termodinamikai egyensúlyának eredményeként zárt rendszerben zajlik. A zárt rendszer alatt tartályt, tartályt vagy palackot értünk, amelyet nem szabad kitenni a levegőnek és a légköri nyomásnak.
Ezért a tartályban lévő összes folyadék vagy szilárd anyag saját gőznyomást és kémiai jellegét jellemzi. Egy nyitott palack víz egyensúlyban van a vízgőzzel, amely "elrontja" a folyadék felületét és a palack belső falát.
A szénsavas italok szemléltetik a gőznyomás fogalmát. Forrás: Pixabay.
Mindaddig, amíg a hőmérséklet állandó marad, nem változik a palackban lévő vízgőz mennyisége. De ha ez növekszik, eljön olyan pont, ahol olyan nyomás alakul ki, hogy az fel tudja lőni a fedelet; amint történik, amikor szándékosan megpróbál kitölteni és bezárni egy palackot forrásban lévő vízzel.
A szénsavas italok ezzel szemben nyilvánvalóbb (és biztonságosabb) példája annak, amit a gőznyomás alatt értünk. Ha nem fedezi fel, a benne levő gáz-folyadék egyensúly megszakad, és a sziszegéshez hasonló hangon a gőzt szabadítja fel kívülre. Ez nem történne meg, ha gőznyomása alacsonyabb vagy elhanyagolható lenne.
Gőznyomás koncepció
Gőznyomás és intermolekuláris erők
Több szénsavas ital becsomagolása, azonos feltételek mellett, kvalitatív elképzelést kínál, melyiknek a kibocsátott hang intenzitásától függően nagyobb a gőznyomás.
Egy üveg éter ugyanúgy viselkedik; nem az olajból, mézből, szirupból vagy őrölt kávéból. Nem bocsátkoznának észrevehető zajt, hacsak nem engedik fel a gázokat a bomlásból.
Ennek oka az, hogy gőznyomásuk alacsonyabb vagy elhanyagolható. A palackból kilépnek a gáznemű molekulák, amelyeknek először meg kell küzdeniük azokat az erőket, amelyek megakadályozzák őket, hogy összetapadjanak vagy összetapadjanak a folyadékban vagy a szilárd anyagban; azaz meg kell küzdeniük a molekulák által a környezetükben kifejtett intermolekuláris erőket vagy kölcsönhatásokat.
Ha nem lenne ilyen kölcsönhatás, akkor sem folyékony, sem szilárd anyag nem záródik be a palack belsejébe. Ezért minél gyengébb az intermolekuláris kölcsönhatás, annál valószínűbb, hogy a molekulák elhagyják a rendetlen folyadékot, vagy a szilárd anyag rendezett vagy amorf szerkezetét.
Ez nem csak a tiszta anyagokra vagy vegyületekre vonatkozik, hanem a keverékekre is, ahol a már említett italok és szeszes italok bekerülnek. Így meg lehet becsülni, hogy melyik palack magasabb gőznyomással rendelkezik, ismerve annak tartalmát.
Párolgás és illékonyság
A palack belsejében levő folyadék vagy szilárd anyag, feltéve, hogy nincs lezárva, folyamatosan elpárolog; vagyis a felületén levő molekulák eljutnak a gáznemű fázisba, amelyek diszpergálódnak a levegőben és annak áramai. Ez az oka annak, hogy a víz teljesen elpárolog, ha az üveget nem zárják le, vagy az edényt lefedik.
De ugyanez nem történik más folyadékokkal, és sokkal kevésbé, ha a szilárd anyagokról van szó. Az utóbbi gőznyomása általában annyira nevetséges, hogy milliókat igénybe vehet, mire a méret csökkenését észlelik; feltételezve, hogy nem rozsdottak el, nem romlanak el, vagy nem bomlanak le mindezt az idő alatt.
Egy anyag vagy vegyület akkor illékony, ha szobahőmérsékleten gyorsan elpárolog. Vegye figyelembe, hogy az illékonyság kvalitatív fogalom: nem számszerűsíthető, hanem a különféle folyadékok és szilárd anyagok párolgásának összehasonlításának eredménye. Azokat, amelyek gyorsabban elpárolognak, illékonyabbnak tekintik.
Másrészt a gőznyomás mérhető, önmagában összegyűjtve a párolgás, forráspont és az illékonyság értelmezését.
Termodinamikai egyensúly
A gázfázisban levő molekulák ütköznek a folyadék vagy a szilárd anyag felületével. Ennek során a többi, kondenzáltabb molekula intermolekuláris erõi megállíthatják és megtarthatják azokat, megakadályozva ezzel, hogy gõzként elmeneküljenek. A folyamat során azonban a felületen más molekulák képesek elmenekülni, integrálva a gőzt.
Ha a palack bezáródik, eljön az idő, amikor a folyadékba vagy szilárd anyagba bejutó molekulák száma megegyezik azokkal, amelyek elhagyják őket. Tehát egyensúlyunk van, amely a hőmérséklettől függ. Ha a hőmérséklet emelkedik vagy csökken, a gőznyomás megváltozik.
Minél magasabb a hőmérséklet, annál nagyobb a gőznyomás, mert a folyékony vagy szilárd anyag molekuláinak több energiája lesz és könnyebben el tudnak menekülni. Ha azonban a hőmérséklet állandó marad, akkor az egyensúly helyreáll; vagyis a gőznyomás nem fog növekedni.
Példák a gőznyomásra
Tegyük fel, hogy két külön tartályban van n-bután, CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 és szén-dioxid, CO 2. 20 ° C-on meghatározzuk gőznyomásaikat. Az n-bután gőznyomása körülbelül 2,17 atm, míg a szén-dioxidé 56,25 atm.
A gőznyomást Pa, bar, torr, mmHg és mások egységben is meg lehet mérni. A CO 2 gőznyomása közel harmincszor magasabb, mint az n-butáné, tehát tartályának első pillantásra ellenállóbbnak kell lennie ahhoz, hogy tárolni tudja; és ha repedések vannak, akkor nagyobb erőszakkal fog lőni a környéken.
Ez CO 2 megtalálható oldjuk szénsavas italok, de mennyiségben elég kicsi ahhoz, hogy a doboz, vagy palack nem robban, amikor menekülni, de csak egy hang.
Másrészt dietil-éterrel, CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 -val vagy Et 2 O-val rendelkezünk, amelynek gőznyomás 20 ° C-on 0,49 atm. Ha az éter egy edénye fedetlen, akkor hasonlóan hangzik, mint a szódaé. Gőznyomása majdnem ötször alacsonyabb, mint az n-butáné, tehát elméletileg biztonságosabb egy üveg dietil-étert kezelni, mint egy üveg n-butánt.
Megoldott gyakorlatok
1. Feladat
A következő két vegyület közül melyik várható gőznyomás meghaladja a 25 ° C-ot? Dietil-éter vagy etil-alkohol?
A szerkezeti képlet dietil-éter CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3, és hogy az etil-alkohol, CH 3 CH 2 OH. Alapvetően a dietil-éter nagyobb molekulatömeggel rendelkezik, nagyobb, tehát feltételezhető, hogy gőznyomása alacsonyabb, mivel molekulái nehezebbek. Ugyanakkor az ellenkezője igaz: a dietil-éter illékonyabb, mint az etil-alkohol.
Ez azért van, mert a CH 3 CH 2 OH molekula, mint a CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3, keresztül lépnek kölcsönhatásba dipólus-dipólus erők. A dietil-éterrel ellentétben az etil-alkohol képes hidrogénkötéseket képezni, amelyeket különösen erős és irányított dipolok jellemeznek: CH 3 CH 2 HO-HOCH 2 CH 3.
Következésképpen az etil-alkohol (0,098 atm) gőznyomása alacsonyabb, mint a dietil-éteré (0,684 atm), annak könnyebb molekulái ellenére.
2. gyakorlat
A következő két szilárd anyag közül melyiknek tartják a legnagyobb gőznyomást 25ºC-on? Naftalin vagy jód?
A naftalin molekula biciklusos, két aromás gyűrűvel rendelkezik, forráspontja 218ºC. A jód a maga részéről egyenes és homonukleáris, I 2 vagy II, forráspontja 184 ºC. Ezek a tulajdonságok önmagukban a jódot olyan szilárd anyagként sorolják be, amelyben a legmagasabb a gőznyomás (forráspont a legalacsonyabb hőmérsékleten).
Mindkét molekula, a naftalin és a jód, apoláris, tehát London diszpergáló erőkön keresztül kölcsönhatásba lépnek.
A naftalin molekulatömege nagyobb, mint a jódnál, ezért érthető feltételezni, hogy molekuláinak nehezebb idő elhagyni a fekete, illatos, kátrányos szilárd anyagot; míg a jód esetében könnyebb lesz elkerülni a sötét lila kristályokat.
A Pubchemből származó adatok szerint a naftalin és a jód gőznyomása 25ºC-on: 0,085 mmHg és 0,233 mmHg. Ezért a jód gőznyomása háromszor nagyobb, mint a naftaliné.
Irodalom
- Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
- Gőznyomás. Helyreállítva: chem.purdue.edu
- Wikipedia. (2019). Gőznyomás. Helyreállítva: en.wikipedia.org
- Az Encyclopaedia Britannica szerkesztői. (2019. április 03.). Gőznyomás. Encyclopædia Britannica. Helyreállítva: britannica.com
- Nichole Miller. (2019). Gőznyomás: meghatározás, egyenlet és példák. Tanulmány. Helyreállítva: study.com