- Koncept tlaka pare
- Tlak pare i intermolekularne sile
- Isparavanje i isparljivost
- Termodinamička ravnoteža
- Primjeri tlaka pare
- Riješene vježbe
- Vježba 1
- Vježba 2
- Reference
Tlak pare je onaj koji doživi površinu tekućine ili krute tvari, kao na proizvod termodinamičke ravnoteže čestica u zatvorenom sustavu. Pod zatvorenim sustavom podrazumijeva se spremnik, spremnik ili boca koji nije izložen zraku i atmosferskom pritisku.
Stoga sva tekućina ili kruta tvar u spremniku vrše na sebe parni tlak karakterističan za njihovu kemijsku prirodu. Neotvorena boca vode je u ravnoteži s vodenom parom koja "utapa" površinu tekućine i unutarnje stijenke boce.
Gazirana pića ilustriraju pojam parnog tlaka. Izvor: Pixabay.
Sve dok temperatura ostaje konstantna, neće biti varijacija u količini vodene pare prisutne u boci. Ali ako se poveća, doći će do točke kada će se stvoriti pritisak tako da može podignuti poklopac; kao što se događa kada namjerno pokušate napuniti i zatvoriti bocu s kipućom vodom.
Gazirana pića, s druge strane, su očitiji (i sigurniji) primjer onoga što se misli pod tlakom pare. Kad se otkrije, ravnoteža plina i tekućine iznutra se prekida, oslobađajući pare izvana u zvuku sličnom šapatom. To se ne bi događalo ako je njezin parni tlak bio niži ili zanemariv.
Koncept tlaka pare
Tlak pare i intermolekularne sile
Otvaranje nekoliko gaziranih pića, pod istim uvjetima, nudi kvalitativnu ideju o tome koji ima viši parni tlak, ovisno o intenzitetu zvuka koji emitiraju.
Boca etera također bi se ponašala na isti način; ne toliko ulja, meda, sirupa ili griz mljevene kave. Ne bi stvarali nikakvu vidljivu buku ako ne ispušte plinove raspadanjem.
To je zato što su njihovi tlakovi pare niži ili zanemarivi. Ono što izlazi iz boce su molekule u plinskoj fazi, koje prvo moraju svladati sile koje ih drže „zarobljene“ ili kohezivne u tekućini ili kruti tvari; to jest, moraju prevladati međumolekularne sile ili interakcije koje izvršavaju molekule u svom okruženju.
Da nema takvih interakcija, unutar boce ne bi bilo tekućine ili krute tvari. Dakle, što su slabije međumolekularne interakcije, to je vjerojatnije da će molekule ostaviti neurednu tekućinu, ili uredne ili amorfne strukture krutine.
To se odnosi ne samo na čiste tvari ili spojeve, već i na smjese u koje se već spominju pića i žestoka pića. Dakle, moguće je predvidjeti koja će boca imati viši tlak pare znajući sastav njezinog sadržaja.
Isparavanje i isparljivost
Tekućina ili kruta tvar u boci, pod pretpostavkom da je zatvorena, neprestano će isparavati; to jest, molekule na njegovoj površini bježe u plinovitu fazu, koje su raspršene u zraku i njegovim strujama. Zbog toga voda na kraju potpuno isparava ako boca nije zatvorena ili je lonac prekriven.
Ali isto se ne događa s drugim tekućinama, a puno manje kada se radi o krutini. Tlak pare za zadnje je obično toliko smiješan da može proći milijune godina prije nego što se opazi smanjenje veličine; pod pretpostavkom da se cijelo to vrijeme nisu zahrđale, erodirale ili raspadale.
Tvar ili spoj se zatim kaže da su hlapljivi ako brzo isparavaju pri sobnoj temperaturi. Imajte na umu da je isparljivost kvalitativni pojam: nije kvantificirana, već je proizvod usporedbe isparavanja između različitih tekućina i krutih tvari. Oni koji brže ispare smatrat će se hlapljivijima.
S druge strane, parni tlak je mjerljiv, skupljajući sam po sebi ono što se podrazumijeva pod isparavanjem, vrenja i isparljivošću.
Termodinamička ravnoteža
Molekule u plinskoj fazi sudaraju se s površinom tekućine ili krute tvari. Pritom, intermolekularne sile drugih, kondenziranijih molekula mogu ih zaustaviti i zadržati, na taj način sprečavajući da ponovno pobjegnu kao para. Međutim, tijekom procesa druge molekule na površini uspijevaju pobjeći integrirajući isparavanje.
Ako se boca zatvori, doći će vrijeme kada će broj molekula koje uđu u tekućinu ili krutinu biti jednak onome koji ih napusti. Dakle, imamo ravnotežu, koja ovisi o temperaturi. Ako se temperatura poveća ili smanji, tlak pare će se promijeniti.
Što je viša temperatura, to je veći tlak pare, jer će molekule tekućine ili krute tvari imati više energije i mogu lakše pobjeći. Ali ako temperatura ostane konstantna, uspostavit će se ravnoteža; odnosno tlak pare prestat će se povećavati.
Primjeri tlaka pare
Pretpostavimo da su n-butan, CH 3 CH 2 CH 2 CH 3, i ugljikov dioksid, CO 2, u dva odvojena spremnika. Pri 20 ° C izmjereni su njihovi parni pritisci. Tlak pare za n-butan je približno 2,17 atm, dok je ugljični dioksid 56,25 atm.
Tlaci pare mogu se mjeriti i u jedinicama Pa, bar, torr, mmHg i drugima. CO 2 ima tlak para gotovo 30 puta veća od one n-butana, tako da na prvi pogled njegov kontejner moraju biti otporni biti u mogućnosti da ga pohraniti; a ako ima pukotine, pucat će s većim nasiljem u okolini.
Taj CO 2 nalazi se otopljen u gaziranim pićima, ali u dovoljno malim količinama da prilikom bijega boce ili limenke ne eksplodiraju, već samo stvaraju zvuk.
S druge strane imamo dietil eter, CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 ili Et 2 O, čiji tlak pare pri 20 ° C je 0.49 atm. Posuda s ovim eterom kada se otkrije zvuči slično kao kod sode. Njegov parni tlak gotovo je 5 puta niži od tlaka n-butana, pa će u teoriji biti sigurnije rukovati s bocom dietilnog etera nego s bocom n-butana.
Riješene vježbe
Vježba 1
Za koji se od sljedeća dva spoja očekuje da ima parni tlak veći od 25 ° C? Dietilni eter ili etilni alkohol?
Strukturna formula dietil etera je CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3, a etilnog alkohola, CH 3 CH 2 OH. U principu, dietilni eter ima veću molekulsku masu, veći je, pa se može vjerovati da je njegov parni tlak niži, jer su njegove molekule teže. Međutim, vrijedi suprotno: dietilni eter je hlapljiviji od etilnog alkohola.
To je zato što su CH 3 CH 2 OH molekule, kao što su CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3, u interakciji putem dipol-dipol sile. Ali za razliku od dietil etera, etilnog alkohola može tvoriti vodikove veze, koji se odlikuju se posebno jak i smjera dipol: CH 3 CH 2 HO-HOCH 2 CH 3.
Slijedom toga, tlak pare etilnog alkohola (0,098 atm) niži je od dietil-etera (0,684 atm), iako su njegove molekule lakše.
Vježba 2
Za koju se od sljedećih dviju krutih tvari smatra najviši parni tlak pri 25 ° C? Naftalen ili jod?
Molekula naftalena je biciklička, ima dva aromatska prstena i vrelište od 218 ° C. Sa svoje strane, jod je linearan i Homonuklearne, i 2 ili II, koji imaju vrelište 184 ºC. Sama ova svojstva rangiraju jod kao krutu tvar s najvišim tlakom pare (vri na najnižoj temperaturi).
Obje molekule, one naftalena i joda, su apolarne, pa djeluju kroz disperzivne sile Londona.
Naftalen ima veću molekulsku masu od joda, i stoga je razumljivo pretpostaviti da njegove molekule teže ostavljaju crnu, mirisnu, tarnastu krutinu; dok će za jod lakše pobjeći tamno ljubičasti kristali.
Prema podacima dobivenim od Pubchema, tlačni isparenja naftalena i joda pri 25 ° C su: 0,085 mmHg i 0,233 mmHg. Stoga ima jod tlak pare 3 puta veći od naftalena.
Reference
- Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Kemija (8. izd.). CENGAGE Učenje.
- Tlak pare. Oporavak od: chem.purdue.edu
- Wikipedia. (2019). Tlak pare. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
- Urednici Encyclopaedia Britannica. (03. travnja 2019.). Tlak pare. Encyclopædia Britannica. Oporavilo od: britannica.com
- Nichole Miller. (2019). Tlak pare: definicija, jednadžba i primjeri. Studija. Oporavilo od: study.com