- Koncept tlaku pár
- Tlak pár a medzimolekulové sily
- Odparovanie a prchavosť
- Termodynamická rovnováha
- Príklady tlaku pary
- Riešené cvičenia
- Cvičenie 1
- Cvičenie 2
- Referencie
Tlak pary je taký, ktorý prežíva povrch kvapaliny alebo tuhej látky ako produkt termodynamickej rovnováhy častíc v uzavretom systéme. Pod uzavretým systémom sa rozumie kontajner, nádoba alebo fľaša, ktoré nie sú vystavené vzduchu a atmosférickému tlaku.
Preto všetka tekutina alebo pevná látka v nádobe na seba vyvoláva charakteristiku tlaku pary a charakteristickú pre svoju chemickú povahu. Neotvorená fľaša vody je v rovnováhe s vodnou parou, ktorá „stlačuje“ povrch kvapaliny a vnútorné steny fľaše.
Sycené nápoje ilustrujú pojem tlaku pary. Zdroj: Pixabay.
Pokiaľ teplota zostáva konštantná, nedôjde k žiadnym zmenám v množstve vodnej pary prítomnej vo fľaši. Ak sa však zvýši, príde miesto, kde sa vytvorí tlak, aby mohol veko vystreliť; ako sa to stane, keď sa úmyselne pokúsite naplniť a zavrieť fľašu vriacou vodou.
Na druhej strane, sýtené nápoje sú jasnejším (a bezpečnejším) príkladom toho, čo sa myslí pod tlakom pár. Ak sa odkryje, rovnováha plyn-kvapalina vo vnútri sa preruší a pary sa uvoľnia zvonka zvukom podobným syčaniu. To by sa nestalo, keby bol tlak pary nižší alebo zanedbateľný.
Koncept tlaku pár
Tlak pár a medzimolekulové sily
Odpojenie niekoľkých nápojov sýtených oxidom uhličitým za rovnakých podmienok ponúka kvalitatívnu predstavu o tom, ktoré z nich majú vyšší tlak pár v závislosti od intenzity emitovaného zvuku.
Fľaša s éterom by sa správala rovnako; nie tak olej, med, sirup alebo hromada mletej kávy. Nebudú vydávať žiadny zreteľný hluk, pokiaľ neuvoľňujú plyny z rozkladu.
Je to tak preto, že ich tlak pár je nižší alebo zanedbateľný. Z fľaše unikajú molekuly v plynnej fáze, ktoré musia najprv prekonať sily, ktoré ich udržiavajú „uviaznuté“ alebo súdržné v kvapaline alebo tuhej látke; to znamená, že musia prekonať intermolekulárne sily alebo interakcie pôsobiace molekulami v ich prostredí.
Keby nedošlo k žiadnym takým interakciám, nebolo by ani vo vnútri fľaše uzavretá tekutina alebo pevná látka. Čím sú teda intermolekulárne interakcie slabšie, tým je pravdepodobnejšie, že molekuly opustia disordovanú tekutinu alebo usporiadané alebo amorfné štruktúry pevnej látky.
Platí to nielen pre čisté látky alebo zlúčeniny, ale aj pre zmesi, do ktorých prichádzajú už uvedené nápoje a liehoviny. Je teda možné predpovedať, ktorá fľaša bude mať vyšší tlak pár, pretože bude vedieť zloženie jej obsahu.
Odparovanie a prchavosť
Kvapalina alebo tuhá látka vo fľaši, za predpokladu, že nie je uzavretá, sa bude neustále odparovať; to znamená, že molekuly na svojom povrchu unikajú do plynnej fázy, ktorá je rozptýlená vo vzduchu a jeho prúdoch. Preto sa voda úplne odparí, ak nie je fľaša zatvorená alebo nádoba zakrytá.
To isté sa však nestáva s inými tekutinami a oveľa menej, pokiaľ ide o pevné látky. Tlak pary pre tento plyn je zvyčajne taký smiešny, že môže trvať milióny rokov, kým sa prejaví pokles jeho veľkosti; za predpokladu, že po celú tú dobu nehrdzavili, nenarušili alebo sa nerozložili.
O látke alebo zlúčenine sa potom hovorí, že je prchavá, ak sa pri izbovej teplote rýchlo odparí. Upozorňujeme, že prchavosť je kvalitatívnym pojmom: nie je kvantifikovaná, ale je produktom porovnávania odparovania medzi rôznymi tekutinami a tuhými látkami. Tie, ktoré sa odparia rýchlejšie, sa budú považovať za prchavejšie.
Na druhej strane je tlak pary merateľný a sám zhromažďuje, čo sa rozumie odparovaním, varom a prchavosťou.
Termodynamická rovnováha
Molekuly v plynnej fáze sa zrážajú s povrchom kvapaliny alebo tuhej látky. Pritom môžu medzimolekulové sily ostatných kondenzovanejších molekúl zastaviť a udržať ich, čo im zabráni v opätovnom úniku ako pary. V tomto procese sa však iným molekulám na povrchu podarí uniknúť a integrovať pary.
Ak je fľaša zatvorená, príde čas, keď sa počet molekúl, ktoré vstupujú do kvapaliny alebo tuhej látky, bude rovnať počtu molekúl, ktoré ich opúšťajú. Máme teda rovnováhu, ktorá závisí od teploty. Ak sa teplota zvýši alebo zníži, tlak pary sa zmení.
Čím vyššia je teplota, tým vyšší je tlak pár, pretože molekuly kvapaliny alebo tuhej látky budú mať viac energie a ľahšie uniknú. Ak však teplota zostane konštantná, obnoví sa rovnováha; to znamená, že tlak pary prestane stúpať.
Príklady tlaku pary
Predpokladajme, že máte n bután, CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 , a oxid uhličitý, CO 2 , v dvoch oddelených nádobách. Pri 20 ° C boli zmerané ich tlaky pár. Tlak pary n-butánu je približne 2,17 atm, zatiaľ čo tlak oxidu uhličitého je 56,25 atm.
Tlak pár sa môže merať aj v jednotkách Pa, bar, torr, mmHg a ďalších. CO 2 má tlak pár takmer 30 krát vyššia ako n-butánu, takže na prvý pohľad na jeho obale musí byť odolný, aby bolo možné ju uložiť; a ak má praskliny, bude strieľať s väčším násilím v okolí.
Táto CO 2 sa nachádza rozpustí v nápoje sýtené oxidom uhličitým, ale v množstve dostatočne malé, aby pri úniku fľaše alebo plechovky nie sú explodovať, ale iba sa produkoval zvuk.
Na druhej strane sme dietyléter, CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 alebo Et 2 O, ktorých tlak pár pri 20 ° C je 0,49 MPa. Obal tohto éteru, keď sa odkryje, bude znieť podobne ako sóda. Jeho tlak pary je takmer päťkrát nižší ako tlak n-butánu, takže teoreticky bude bezpečnejšie spracovať fľašu s dietyléterom ako fľašu s n-butánom.
Riešené cvičenia
Cvičenie 1
Ktorá z nasledujúcich dvoch zlúčenín má tlak pary vyšší ako 25 ° C? Dietyléter alebo etylalkohol?
Štruktúrny vzorec dietyléteru je CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 , a to z etylalkoholu, CH 3 CH 2 OH. V zásade má dietyléter vyššiu molekulovú hmotnosť, je väčší, takže sa dá predpokladať, že jeho tlak pár je nižší, pretože jeho molekuly sú ťažšie. Opak je však pravdou: dietyléter je viac prchavý ako etylalkohol.
To je preto, že CH 3 CH 2 OH molekuly , ako je CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 , reagujú cez dipól-dipól síl. Ale na rozdiel od dietyléteri, etylalkohol je schopná tvoriť vodíkové väzby, ktoré sa vyznačujú tým, že sú obzvlášť silné a smerové dipóly: CH 3 CH 2 HO-HOCH 2 CH 3 .
V dôsledku toho je tlak pary etylalkoholu (0,098 atm) nižší ako tlak dietyléteru (0,684 atm) napriek svojim ľahším molekulám.
Cvičenie 2
Ktorá z nasledujúcich dvoch tuhých látok má pravdepodobne najvyšší tlak pár pri 25 ° C? Naftalén alebo jód?
Molekula naftalénu je bicyklická, má dva aromatické kruhy a má teplotu varu 218 ° C. Pre jeho časť, jód je lineárna a homonukleární, I 2 alebo II, ktoré majú teplotu varu 184 ° C. Samotné tieto vlastnosti hodnotia jód ako pravdepodobne tuhú látku s najvyšším tlakom pár (vrie pri najnižšej teplote).
Obe molekuly, naftalén a jód, sú nepolárne, takže interagujú cez Londýnske disperzné sily.
Naftalén má vyššiu molekulovú hmotnosť ako jód, a preto je pochopiteľné predpokladať, že jeho molekuly majú ťažší čas, ktorý zanecháva čiernu, voňavú a dechtovú pevnú látku; zatiaľ čo pre jód bude ľahšie uniknúť tmavofialovým kryštálom.
Podľa údajov získaných z publikácie Pubchem sú tlaky pár pri naftaléne pri 25 oC: 0,085 mmHg a jód, 0,233 mmHg. Preto má jód tlak pár trikrát vyšší ako naftalén.
Referencie
- Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). chémia (8. vydanie). CENGAGE Learning.
- Tlak vodnej pary. Získané z: chem.purdue.edu
- Wikipedia. (2019). Tlak vodnej pary. Obnovené z: en.wikipedia.org
- Editori encyklopédie Britannica. (3. apríla 2019). Tlak vodnej pary. Encyclopædia Britannica. Získané z: britannica.com
- Nichole Miller. (2019). Tlak pár: definícia, rovnica a príklady. Štúdia. Obnovené z: study.com