- Tvaika spiediena koncepcija
- Tvaika spiediens un starpmolekulārie spēki
- Iztvaikošana un nepastāvība
- Termodinamiskais līdzsvars
- Tvaika spiediena piemēri
- Atrisināti vingrinājumi
- 1. vingrinājums
- 2. vingrinājums
- Atsauces
Tvaika spiediens ir tāds, kas izjūt virsmas šķidrs vai ciets, kā ir produktam ar termodinamiskā līdzsvara daļiņu slēgtā sistēmā. Ar slēgtu sistēmu saprot konteineru, konteineru vai pudeli, kas nav pakļauta gaisa un atmosfēras spiedienam.
Tāpēc viss šķidrums vai ciets trauks uz sevi rada tvaika spiedienu, kas raksturīgs un raksturīgs to ķīmiskajai īpašībai. Neatvērta ūdens pudele atrodas līdzsvarā ar ūdens tvaikiem, kas "sablīvē" šķidruma virsmu un pudeles iekšējās sienas.
Gāzētie dzērieni ilustrē tvaika spiediena jēdzienu. Avots: Pixabay.
Kamēr temperatūra būs nemainīga, ūdens tvaiku daudzums pudelē nemainīsies. Bet, ja tas palielinās, pienāks punkts, kurā tiks radīts spiediens, lai tas varētu izšaut vāku uz augšu; kā tas notiek, ja jūs apzināti mēģināt piepildīt un aizvērt pudeli ar verdošu ūdeni.
Gāzētie dzērieni, no otras puses, ir acīmredzamāks (un drošāks) piemērs tam, ko nozīmē tvaika spiediens. Neatklājot, gāzes un šķidruma līdzsvars iekšpusē tiek pārtraukts, izdalot tvaikus uz āru tādā skaņā, kā līdzīgs svilpt. Tas nenotiktu, ja tā tvaika spiediens būtu zemāks vai nenozīmīgs.
Tvaika spiediena koncepcija
Tvaika spiediens un starpmolekulārie spēki
Vairāku gāzēto dzērienu iesaiņošana vienādos apstākļos piedāvā kvalitatīvu priekšstatu par to, kuriem no tiem ir augstāks tvaika spiediens, atkarībā no izstarotās skaņas intensitātes.
Ētera pudele arī rīkotos tāpat; ne tikai eļļu, medu, sīrupu vai maltas kafijas kaudzi. Viņi neradīs nekādu pamanāmu troksni, ja vien tie neizdalīs gāzes sadalīšanās laikā.
Tas notiek tāpēc, ka to tvaika spiediens ir zemāks vai nenozīmīgs. No pudeles izplūst molekulas gāzveida fāzē, kurām vispirms jāpārvar spēki, kas tās uztur "ieslodzījumā" vai saliedētā šķidrumā vai cietā stāvoklī; tas ir, viņiem jāpārvar starpmolekulārie spēki vai mijiedarbība, ko molekulas rada viņu vidē.
Ja šādas mijiedarbības nebūtu, pudeles iekšpusē nebūtu pat šķidruma vai cietas vielas. Tāpēc, jo vājāka ir starpmolekulārā mijiedarbība, jo lielāka iespējamība, ka molekulas atstās netīro šķidrumu vai cietās struktūras sakārtotās vai amorfās struktūras.
Tas attiecas ne tikai uz tīrām vielām vai savienojumiem, bet arī uz maisījumiem, kur nonāk jau minētie dzērieni un stiprie alkoholiskie dzērieni. Tādējādi ir iespējams paredzēt, kurai pudelei būs lielāks tvaika spiediens, zinot tās satura sastāvu.
Iztvaikošana un nepastāvība
Pudeles iekšpusē esošais šķidrums vai cietā viela, pieņemot, ka tā nav aizsērējusi, nepārtraukti iztvaiko; tas ir, molekulas uz tās virsmas izplūst uz gāzes fāzi, kas izkliedējas gaisā un tā straumēs. Tāpēc ūdens pilnībā iztvaiko, ja pudele nav aizvērta vai katls ir pārklāts.
Bet tas pats neattiecas uz citiem šķidrumiem, un daudz mazāk tas attiecas uz cietām vielām. Tvaika spiediens pēdējiem parasti ir tik smieklīgs, ka var paiet miljoniem gadu, pirms tiek uztverta lieluma samazināšanās; pieņemot, ka viņi visu šo laiku nav sarūsējuši, sagrauti vai sadalījušies.
Pēc tam vielu vai savienojumu uzskata par gaistošu, ja tas istabas temperatūrā ātri iztvaiko. Ņemiet vērā, ka nepastāvība ir kvalitatīvs jēdziens: tā nav izteikta skaitļos, bet ir produkts, kas salīdzina iztvaikošanu starp dažādiem šķidrumiem un cietām vielām. Tos, kas ātrāk iztvaiko, uzskatīs par nepastāvīgiem.
No otras puses, tvaika spiedienu var izmērīt, pats par sevi savācot iztvaikošanu, viršanu un nepastāvību.
Termodinamiskais līdzsvars
Gāzes fāzes molekulas saduras ar šķidruma vai cietās virsmas virsmu. To darot, citu, vairāk kondensētu molekulu starpmolekulārie spēki var tās apturēt un noturēt, tādējādi neļaujot tām atkal izkļūt kā tvaikiem. Tomēr šajā procesā citām molekulām uz virsmas izdodas izkļūt, integrējot tvaikus.
Ja pudele ir aizvērta, pienāks laiks, kad molekulu skaits, kas nonāk šķidrumā vai cietā stāvoklī, būs vienāds ar molekulu skaitu, kas no tām pamet. Tātad mums ir līdzsvars, kas ir atkarīgs no temperatūras. Ja temperatūra paaugstinās vai pazeminās, mainīsies tvaika spiediens.
Jo augstāka temperatūra, jo augstāks ir tvaika spiediens, jo šķidruma vai cietās vielas molekulām būs vairāk enerģijas un tās var vieglāk izkļūt. Bet, ja temperatūra paliek nemainīga, līdzsvars tiek atjaunots; tas ir, tvaika spiediens pārstāj pieaugt.
Tvaika spiediena piemēri
Pieņemsim, ka jums ir n-butāns, CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 un oglekļa dioksīds, CO 2 , divos atsevišķos traukos. 20 ° C temperatūrā tika mērīts to tvaika spiediens. N-butāna tvaika spiediens ir aptuveni 2,17 atm, bet oglekļa dioksīda - 56,25 atm.
Tvaika spiedienu var izmērīt arī Pa, bāros, torros, mmHg un citās vienībās. CO 2 tvaika spiediens ir gandrīz 30 reizes lielāks nekā n-butāna, tāpēc, no pirmā acu uzmetiena, tā tvertnei jābūt izturīgākai, lai varētu to uzglabāt; un, ja tajā ir plaisas, tas šaudīs ar lielāku vardarbību apkārtnē.
Šis CO 2 tiek atrasts izšķīdināts gāzētos dzērienos, bet pietiekami mazos daudzumos, lai, izkļūstot no pudelēm vai kārbām, tās nesprāgst, bet tikai rada skaņu.
No otras puses, mums ir dietilēteris, CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 vai Et 2 O, kura tvaika spiediens 20 ºC temperatūrā ir 0,49 atm. Šī ētera trauks, kad tas netiks atvērts, izklausīsies līdzīgi kā soda. Tā tvaika spiediens ir gandrīz 5 reizes zemāks nekā n-butāna, tāpēc teorētiski dietilētera pudeles apstrāde ir drošāka nekā n-butāna pudele.
Atrisināti vingrinājumi
1. vingrinājums
Kuriem no šiem diviem savienojumiem paredzams, ka tvaika spiediens būs lielāks par 25 ° C? Dietilēteris vai etilspirts?
Dietilētera strukturālā formula ir CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 , un etilspirta - CH 3 CH 2 OH. Principā dietilēterim ir augstāka molekulmasa, tas ir lielāks, tāpēc varētu uzskatīt, ka tā tvaika spiediens ir zemāks, jo tā molekulas ir smagākas. Tomēr ir tieši pretēji: dietilēteris ir gaistošāks nekā etilspirts.
Tas notiek tāpēc, ka CH 3 CH 2 OH molekulas , tāpat kā CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 , mijiedarbojas caur dipola-dipola spēkiem. Bet atšķirībā no dietilētera etilspirts spēj veidot ūdeņraža saites, kuras raksturo īpaši spēcīgi un virziena dipoli: CH 3 CH 2 HO-HOCH 2 CH 3 .
Līdz ar to etilspirta (0,098 atm) tvaika spiediens ir zemāks nekā dietilētera (0,684 atm), kaut arī tā molekulas ir vieglākas.
2. vingrinājums
Kurām no šīm divām cietām vielām tiek uzskatīts par augstāko tvaika spiedienu 25ºC temperatūrā? Naftalīns vai jods?
Naftalīna molekula ir bicikliska, ar diviem aromātiskiem gredzeniem un viršanas temperatūra 218ºC. Savukārt jods ir lineārs un homonukleārs, I 2 vai II, ar viršanas punktu 184 ºC. Šīs īpašības vien jodu klasificē kā cietu vielu ar visaugstāko tvaika spiedienu (tā vārās zemākajā temperatūrā).
Abas molekulas, naftalīna un joda, ir apolāras, tāpēc tās mijiedarbojas caur Londonas izkliedējošajiem spēkiem.
Naftalīnam ir augstāka molekulārā masa nekā jodam, un tāpēc ir saprotams pieņemt, ka tā molekulām ir grūtāks laiks, atstājot melno, darvaini smaržojošo cieto vielu; savukārt jodam būs vieglāk izkļūt no tumši purpursarkaniem kristāliem.
Saskaņā ar datiem, kas iegūti no Pubchem, naftalīna un joda tvaika spiediens 25ºC temperatūrā ir attiecīgi: 0,085 mmHg un 0,233 mmHg. Tāpēc joda tvaika spiediens ir trīs reizes lielāks nekā naftalīna.
Atsauces
- Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. (2008). Ķīmija (8. izd.). CENGAGE mācīšanās.
- Tvaika spiediens. Atgūts no: chem.purdue.edu
- Wikipedia. (2019. gads). Tvaika spiediens. Atgūts no: en.wikipedia.org
- Enciklopēdijas Britannica redaktori. (2019. gada 03. aprīlis). Tvaika spiediens. Encyclopædia Britannica. Atgūts no: britannica.com
- Nikolass Millers. (2019. gads). Tvaika spiediens: definīcija, vienādojums un piemēri. Pētījums. Atgūts no: study.com