Concetto di pressione del vapore, esempi ed esercizi risolti

IL pressione del vapore È quello che sperimenta la superficie di un liquido o solido, come prodotto di un equilibrio termodinamico delle sue particelle in un sistema chiuso. Un sistema chiuso è compreso da un contenitore, un contenitore o una bottiglia che non sono esposti all'aria e alla pressione atmosferica.

Pertanto, tutto liquido o solido in un contenitore esercita su se stessi una caratteristica pressione del vapore della loro natura chimica. Una bottiglia d'acqua non aperta è in equilibrio con vapore acqueo, che "apisha" la superficie del liquido e le pareti interne della bottiglia.

Le bevande gassificate illustrano il concetto di pressione del vapore. Fonte: Pixabay.

Mentre la temperatura rimane costante, non ci saranno variazioni nella quantità di vapore acqueo presente nella bottiglia. Ma se aumenta, arriverà un punto in cui verrà creata una pressione che può sparare al coperchio; Come accade quando si cerca di riempire e chiudere deliberatamente una bottiglia con acqua bollente.

Le bevande gassificate, d'altra parte, sono un esempio più ovvio (e sicuro), quindi viene compresa la pressione del vapore. Quando li scopri, l'equilibrio del gas-liquid viene interrotto all'interno, il vapore viene rilasciato all'esterno in un suono simile a una sella. Ciò non accadrebbe se la pressione del vapore fosse inferiore o spregevole.

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Concetto di pressione del vapore

Pressione del vapore e forze intermolecolari

Scoprire diverse bevande gassificate, alle stesse condizioni, offre un'idea qualitativa ha una maggiore pressione del vapore, a seconda dell'intensità del suono emesso.

Una bottiglia di etere si comporterebbe anche allo stesso modo; Non così uno di olio, miele, sciroppo o una tensione di caffè macinato. Non renderebbero alcuna preavviso percettibile se non rilasciano gas a causa della decomposizione.

Questo perché le loro pressioni di vapore sono inferiori o spregevoli. Ciò che sfugge alla bottiglia sono le molecole della fase gassosa, che devono prima superare le forze che le mantengono "intrappolate" o coerenti nel liquido o nel solido; Cioè, devono superare le forze intermolecolari o le interazioni esercitate dalle molecole di ciò che li circonda.

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Se non ci fossero interazioni, non ci sarebbe nemmeno un liquido o un solido da bloccare all'interno della bottiglia. Pertanto, più deboli sono le interazioni intermolecolari, più è probabile che le molecole di abbandono del liquido disordinato o l'ordine o le strutture amorfe del solido.

Questo vale non solo per sostanze o composti puri, ma anche per le miscele, in cui entrano le bevande e i liquori di cui sopra. Pertanto, è possibile prevedere quale bottiglia avrà una maggiore pressione del vapore conoscendo la composizione del suo contenuto.

Evaporazione e volatilità

Il liquido o il solido all'interno della bottiglia, supponendo che sarà scoperto, sarà continuamente evaporando; Cioè, le molecole della sua fuga di superficie nella fase gassosa, che sono disperse nell'aria e nelle sue correnti. Ecco perché l'acqua finisce per evaporare completamente se la bottiglia non si chiude o la pentola è coperta.

Ma lo stesso non accade con altri liquidi, molto meno quando si tratta di solidi. La pressione del vapore per quest'ultima è di solito così ridicola che forse sono necessari milioni di anni prima che venga percepita una diminuzione delle dimensioni; Supponendo che non siano stati ossidati, erosi o decomposti durante tutto quel tempo.

Si dice quindi che una sostanza o un composto sia volatile se evapora rapidamente a temperatura ambiente. Si noti che la volatilità è un concetto qualitativo: non è quantificato, ma è il prodotto del confronto tra evaporazione tra diversi liquidi e solidi. Coloro che evaporano più velocemente, saranno considerati più volatili.

D'altra parte, la pressione del vapore è mesurabile, raccogliendo di per sé ciò che è inteso come evaporazione, ebollizione e volatilità.

Equilibrio termodinamico

Le molecole nella fase gassosa si scontrano con la superficie del liquido o del solido. In tal modo, le forze intermolecolari delle altre molecole, più condensate, possono fermarle e trattenerle, evitando così di nuovo come vapore. Tuttavia, nel processo altre molecole di superficie riescono a fuggire, diventando vapore.

Se la bottiglia è chiusa, arriverà un momento in cui il numero di molecole che entrano nel liquido o nel solido sarà uguale a quelli che le lasciano. Abbiamo un equilibrio, che dipende dalla temperatura. Se la temperatura aumenta o diminuisce, la pressione del vapore cambierà.

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A una temperatura più elevata, maggiore è la pressione del vapore, perché le molecole liquide o solide avranno più energia e potranno sfuggire più facilmente. Ma se la temperatura rimane costante, l'equilibrio verrà riportata; cioè, la pressione del vapore smetterà di aumentare.

Esempi di pressione del vapore

Supponiamo di averlo N-Butano, ch₃Cap₂Cap₂Cap₃, e anidride carbonica, co₂, In due contenitori separati. A 20 ºC, sono state misurate le pressioni dei vapori. La pressione del vapore per il N-Butano è di circa 2,17 atm, mentre l'anidride carbonica è 56,25 atm.

Le pressioni a vapore possono anche essere misurate in unità di PA, Bar, Torr, MMHG e altri. Il co₂ Ha una pressione a vapore quasi 30 volte superiore al N-Butane, quindi a prima vista il tuo contenitore deve essere più resistente per essere in grado di conservarlo; E avere le fessure, sparerà più violentemente in giro.

Questo co₂ Viene sciolto in bevande gassificate, ma in quantità piuttosto piccole in modo che quando le bottiglie o le lattine non esplodono, ma si verifica un solo suono.

D'altra parte abbiamo dietileter, ch₃Cap₂Och₂Cap₃ o et₂Oppure, la cui pressione del vapore a 20 ºC è 0,49 atm. Un contenitore di questo etere durante la scoperta suonerà simile a quello di una soda. La sua pressione del vapore è quasi 5 volte inferiore a quella del N-butano, quindi in teoria sarà più sicuro di manipolare una bottiglia di dieteléter che una bottiglia di N-butano.

Esercizi risolti

Esercizio 1

Quale dei seguenti due composti dovrebbe avere una pressione del vapore superiore a 25 ºC? Alcol dietetico o etilico?

La formula strutturale del dietil è Cho₃Cap₂Och₂Cap₃, e quello dell'alcol etilico, Cho₃Cap₂OH. In linea di principio il dietiléter ha una massa molecolare maggiore, è più grande, quindi si potrebbe ritenere che la sua pressione del vapore sia inferiore poiché le sue molecole sono più pesanti. Tuttavia, si verifica il contrario: il dietil è più volatile dell'alcool etilico.

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Questo perché Choles Cho₃Cap₂Oh, come gli choon₃Cap₂Och₂Cap₃, Interagiscono attraverso le forze dipolo-dipolo. Ma a differenza del dietil, l'alcol etilico è in grado di formare ponti idrogeno, che sono caratterizzati da dipoli particolarmente forti e direzionali: Cho₃Cap₂Ho-hoch₂Cap₃.

Di conseguenza, la pressione del vapore dell'alcool etilico (0,098 atm) è inferiore a quella del dietil (0,684 atm) nonostante il fatto che le sue molecole siano più leggere.

Esercizio 2

Quale dei seguenti due solidi abbia la pressione del vapore più alta a 25 ° C? Naftalene o iodio?.

La molecola di naftalene è biciciclica, con due anelli aromatici e un punto di ebollizione di 218 ºC. Lo iodio d'altra parte è lineare e omonucleare e₂ o I-I, con un punto di ebollizione di 184 ºC. Queste proprietà da sole collocano lo iodio possibilmente come il solido con la più alta pressione del vapore (bollire a una temperatura più bassa).

Entrambe le molecole, quella del naftalene e dello iodio, sono apolari, quindi interagiscono attraverso le forze dispersive di Londra.

Il naftalene ha una massa molecolare maggiore rispetto allo iodio, e quindi è comprensibile supporre che le loro molecole siano difficili da abbandonare il profumo nero nero al catrame; Mentre per lo iodio saranno più facili da sfuggire ai cristalli viola scuri.

Secondo i dati prelevati da PUBCHEM, Le pressioni a vapore a 25 ºC per naftalene e iodio sono: 0,085 mmHg e 0,233 mmHg, rispettivamente. Pertanto, lo iodio ha una pressione del vapore 3 volte maggiore del naftalene.

Riferimenti

1. Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Chimica. (8 ° ed.). Apprendimento del Cengage.
2. Vapore a pressione. Recuperato da: Chem.Purdue.Edu
3. Wikipedia. (2019). Vapore a pressione. Recuperato da: in.Wikipedia.org
4. I redattori di Enyclopedia Britannica. (3 aprile 2019). Pressione del vapore. Encyclopædia Britannica. Recuperato da: Britannica.com
5. Nichole Miller. (2019). PRESSIONE VACO: Definizione, equazione ed esempio. Studio. Recuperato da: studio.com