- Koncept parnega tlaka
- Parni tlak in medmolekulske sile
- Izhlapevanje in hlapnost
- Termodinamično ravnovesje
- Primeri parnega tlaka
- Rešene vaje
- Vaja 1
- Vaja 2
- Reference
Parni tlak je tista, ki doživlja površino tekočine ali trdne snovi, kot je proizvod, ki je termodinamično ravnovesje delcev v zaprtem sistemu. Zaprti sistem se razume kot posoda, posoda ali steklenica, ki ni izpostavljena zraku in atmosferskemu tlaku.
Zato vse tekoče ali trdne snovi v posodi izvajajo parni tlak, značilen za njihovo kemijsko naravo. Neodprta steklenica vode je v ravnovesju z vodno paro, ki "zatakne" površino tekočine in notranje stene steklenice.
Gazirane pijače ponazarjajo koncept parnega tlaka. Vir: Pixabay.
Dokler temperatura ostane konstantna, ne bo prišlo do sprememb v količini vodne pare, ki je prisotna v steklenici. Če pa se poveča, pride do točke, ko se bo ustvaril tlak, ki bo lahko pokrov pokril; kot se zgodi, ko namerno poskušate napolniti in zapreti steklenico z vrelo vodo.
Gazirane pijače so na drugi strani bolj očiten (in varnejši) primer, kaj pomeni parni tlak. Ko se odkrije, se ravnotežje plina in tekočine v notranjosti prekine in sprosti hlape navzven v zvoku, podobnem šišku. To se ne bi zgodilo, če bi bil njegov parni tlak nižji ali zanemarljiv.
Koncept parnega tlaka
Parni tlak in medmolekulske sile
Odstranjevanje več gaziranih pijač pod enakimi pogoji ponuja kvalitativno predstavo o tem, kateri imajo višji parni tlak, odvisno od intenzitete oddajanega zvoka.
Tudi steklenica etra bi se obnašala enako; ne tako olja, medu, sirupa ali skuha zmlete kave. Ne bi oddajali nobenega opaznega hrupa, če ne bi sprostili plinov iz razpadanja.
To je zato, ker so njihovi parni tlaki nižji ali zanemarljivi. Iz steklenice uidejo molekule v plinski fazi, ki morajo najprej premagati sile, ki jih držijo "ujeti" ali kohezivni v tekočini ali trdni snovi; torej morajo premagati medmolekulske sile ali interakcije, ki jih imajo molekule v svojem okolju.
Če takšnih interakcij ne bi bilo, tudi v steklenici ne bi bilo tekočine ali trdne snovi. Zato so šibkejše medmolekularne interakcije, bolj verjetno je, da bodo molekule zapustile umazano tekočino ali urejene ali amorfne strukture trdne snovi.
To ne velja samo za čiste snovi ali spojine, ampak tudi za mešanice, v katere prihajajo že omenjene pijače in žgane pijače. Tako je mogoče predvideti, katera steklenica bo imela višji parni tlak, ob upoštevanju sestave njene vsebnosti.
Izhlapevanje in hlapnost
Tekočina ali trdna snov v steklenici, ob predpostavki, da ni zaprta, nenehno izhlapi; to je, da molekule na njegovi površini pobegnejo v plinasto fazo, ki se razprši v zraku in njegovih tokovih. Zato voda na koncu popolnoma izhlapi, če steklenica ni zaprta ali je lonec pokrit.
A podobno se ne dogaja z drugimi tekočinami, veliko manj pa pri trdnih snoveh. Parni tlak za slednje je ponavadi tako smešen, da lahko traja milijone let, preden se zazna velikost; ob predpostavki, da ves čas niso zarjavele, zgrudile ali razpadle.
Za snov ali spojino se nato reče, da je hlapna, če hitro izhlapi pri sobni temperaturi. Upoštevajte, da je hlapnost kvalitativni koncept: ni količinsko opredeljen, ampak je rezultat primerjave izhlapevanja med različnimi tekočinami in trdnimi snovmi. Tisti, ki hitreje izhlapijo, se bodo šteli za bolj nestabilne.
Po drugi strani je parni tlak izmerljiv, saj sam po sebi nabere, kar se razume z izhlapevanjem, vretjem in hlapnostjo.
Termodinamično ravnovesje
Molekule v plinski fazi trčijo v površino tekočine ali trdne snovi. Pri tem se lahko medmolekulske sile drugih, bolj kondenziranih molekul ustavijo in zadržijo, s čimer preprečijo, da bi ponovno uhajale kot hlapi. Vendar pa med procesom druge molekule na površini uspejo uiti, vgradijo pare.
Če je steklenica zaprta, bo prišel čas, ko bo število molekul, ki vstopijo v tekočino ali trdno snov, enako tistim, ki jih zapustijo. Torej imamo ravnotežje, ki je odvisno od temperature. Če se temperatura poveča ali zniža, se bo parni tlak spremenil.
Višja je temperatura, višji je parni tlak, ker bodo imele molekule tekočine ali trdne snovi več energije in lahko lažje pobegnejo. Če pa temperatura ostane konstantna, bo ponovno vzpostavljeno ravnovesje; to pomeni, da se bo parni tlak prenehal povečevati.
Primeri parnega tlaka
Denimo, da je n butan, CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 in ogljikov dioksid, CO 2 , v dveh ločenih posodah. Pri 20 ° C so izmerili njihove parne tlake. Parni tlak za n-butan je približno 2,17 atm, medtem ko tlak ogljikovega dioksida znaša 56,25 atm.
Parne tlake lahko merimo tudi v enotah Pa, bar, torr, mmHg in drugih. CO 2 ima parni tlak skoraj 30-krat višji od tlaka n-butana, zato mora biti na prvi pogled njegova posoda bolj odporna, da ga je mogoče hraniti; in če ima razpoke, bo streljal z večjim nasiljem po okolici.
Ta CO 2 najdemo raztopljenega v gaziranih pijačah, vendar v dovolj majhnih količinah, da med bežanjem steklenice ali pločevinke ne eksplodirajo, temveč le oddajajo zvok.
Po drugi strani pa smo dietileter, CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 ali Et 2 O, katerega parni tlak pri 20 ° C je 0,49 atm. Če je odkrita posoda tega etra, se sliši podobno kot soda. Njegov parni tlak je skoraj 5-krat nižji od tlaka n-butana, zato bo v teoriji varneje ravnati s steklenico dietiletra kot s plastenko n-butana.
Rešene vaje
Vaja 1
Za katero od naslednjih dveh spojin naj bi bil parni tlak večji od 25 ° C? Dietilni eter ali etilni alkohol?
Strukturna formula dietil etrom CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 , in etanola CH 3 CH 2 OH. Načeloma ima dietilni eter večjo molekulsko maso, večji je, zato bi lahko verjeli, da je njegov parni tlak nižji, saj so njegove molekule težje. Vendar pa je ravno obratno: dietilni eter je bolj hlapen kot etilni alkohol.
To je zato, ker CH 3 CH 2 OH molekule , kot je CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 , vstopata v interakcijo preko dipol-dipol sil. Toda za razliko dietil eter, etanol je sposoben, da tvori vodikove vezi, za katere je značilno da so še posebej močne in smeri dipole: CH 3 CH 2 HO-HO 2 CH 3 .
Posledično je parni tlak etilnega alkohola (0,098 atm) nižji od tlaka dietiletra (0,684 atm), čeprav so njegove molekule lažje.
Vaja 2
Za katero od naslednjih dveh trdnih snovi velja, da ima najvišji parni tlak pri 25 ° C? Naftalen ali jod?
Molekula naftalena je biciklična, ima dva aromatična obroča in vrelišče 218 ° C. Po drugi strani, jod linearna in homonuclear sem 2 ali II, ki ima vrelišče nad 184 ° C. Te lastnosti samo jod uvrščajo med trdne snovi z najvišjim parnim tlakom (vre pri najnižji temperaturi).
Obe molekuli, naftalena in joda, sta apolarni, zato delujeta prek londonskih disperzivnih sil.
Naftalen ima večjo molekulsko maso kot jod, zato je razumljivo domnevati, da njegove molekule težje puščajo črno, dišečo, katransko trdno snov; medtem ko bo zaradi joda temno vijolični kristali lažje pobegniti.
Po podatkih, pridobljenih iz Pubchema, so parni tlaki pri naftalenu in jodu pri 25 ° C: 0,085 mmHg in 0,233 mmHg. Zato ima jod parni tlak 3-krat višji od naftalena.
Reference
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija (8. izd.). CENGAGE Učenje.
- Parni tlak. Pridobljeno: chem.purdue.edu
- Wikipedija. (2019). Parni tlak. Pridobljeno: en.wikipedia.org
- Uredniki Encyclopeedia Britannica. (03.04.2019). Parni tlak. Encyclopædia Britannica. Pridobljeno: britannica.com
- Nichole Miller. (2019). Parni tlak: definicija, enačba in primeri. Študij. Pridobljeno: study.com