DAMPTRYK: KONCEPT, EKSEMPLER OG LØSTE ØVELSER - KEMI - 2025

Den Damptrykket er en, der oplever overfladen af et flydende eller fast, som et produkt af en termodynamisk ligevægt af partiklerne i et lukket system. Et lukket system forstås som en beholder, beholder eller flaske, der ikke udsættes for luft og atmosfærisk tryk.

Derfor udøver al væske eller fast stof i en beholder på sig selv et damptryk, der er karakteristisk og karakteristisk for deres kemiske karakter. En uåbnet flaske vand er i ligevægt med vanddamp, der "tæmmer" overfladen af ​​væsken og flaskens indre vægge.

Kulholdige drikke illustrerer konceptet med damptryk. Kilde: Pixabay.

Så længe temperaturen forbliver konstant, vil der ikke være nogen variation i mængden af ​​vanddamp, der er til stede i flasken. Men hvis det stiger, kommer der et punkt, hvor der skabes pres, så det kan skyde låget op; som sker, når du bevidst forsøger at fylde og lukke en flaske med kogende vand.

Kulholdige drikkevarer er derimod et mere indlysende (og sikrere) eksempel på, hvad der menes med damptryk. Når den afdækkes, afbrydes gas-væskebalancen inden i, hvilket frigiver dampen udvendigt i en lyd, der ligner en sus. Dette ville ikke ske, hvis dens damptryk var lavere eller ubetydelig.

Damptryk koncept

Damptryk og intermolekylære kræfter

Aflukning af flere kulsyreholdige drikkevarer under de samme betingelser giver en kvalitativ idé om, hvilke der har højere damptryk, afhængigt af intensiteten af ​​den udsendte lyd.

En flaske ether vil også opføre sig på samme måde; ikke sådan en af ​​olie, honning, sirup eller en dynge af formalet kaffe. De vil ikke give nogen mærkbar støj, medmindre de frigiver gasser fra nedbrydning.

Dette skyldes, at deres damptryk er lavere eller ubetydelig. Hvad der slipper ud af flasken er molekyler i gasfasen, som først skal overvinde de kræfter, der holder dem "fanget" eller sammenhængende i væsken eller fast stof; de skal overvinde de intermolekylære kræfter eller interaktioner, der udøves af molekylerne i deres miljø.

Hvis der ikke var sådanne interaktioner, ville der ikke engang være en væske eller et fast stof til at lukkes inde i flasken. Derfor, jo svagere de intermolekylære interaktioner er, desto mere sandsynligt er molekylerne at forlade den rodede væske eller de ordnede eller amorfe strukturer af det faste stof.

Dette gælder ikke kun for rene stoffer eller forbindelser, men også blandinger, hvor de allerede nævnte drikkevarer og spiritus kommer ind. Det er således muligt at forudsige, hvilken flaske der vil have højere damptryk ved at kende sammensætningen af ​​dens indhold.

Fordampning og flygtighed

Væsken eller det faste stof inde i flasken, hvis det antages, at det ikke er lukket, vil fordampe kontinuerligt; det vil sige, molekylerne på dens overflade slipper ud i den gasformige fase, der er spredt i luften og dens strømme. Derfor ender vandet med at fordampe helt, hvis flasken ikke lukkes, eller gryden er dækket.

Men det samme sker ikke med andre væsker, og meget mindre, når det kommer til faste stoffer. Damptrykket for sidstnævnte er normalt så latterligt, at det kan tage millioner af år, før et fald i størrelse opfattes; forudsat at de ikke har rustet, eroderet eller dekomponeret i al den tid.

Et stof eller en forbindelse siges derefter at være flygtig, hvis det fordamper hurtigt ved stuetemperatur. Bemærk, at flygtighed er et kvalitativt koncept: det er ikke kvantificeret, men er produktet af at sammenligne fordampning mellem forskellige væsker og faste stoffer. De, der fordamper hurtigere, vil blive betragtet som mere ustabile.

På den anden side er damptrykket målbart og samler i sig selv det, der forstås ved fordampning, kogning og flygtighed.

Termodynamisk ligevægt

Molekyler i gasfasen kolliderer med overfladen af ​​væsken eller faststoffet. Dermed kan de andre, mere kondenserede molekylers intermolekylære kræfter stoppe og holde dem, og således forhindre dem i at undslippe igen som damp. I processen lykkes det imidlertid andre molekyler på overfladen at undslippe ved at integrere dampen.

Hvis flasken er lukket, kommer der et tidspunkt, hvor antallet af molekyler, der kommer ind i væsken eller faststoffet, vil være lig med dem, der forlader dem. Så vi har en ligevægt, der afhænger af temperaturen. Hvis temperaturen stiger eller falder, ændres damptrykket.

Jo højere temperatur, jo højere damptryk, fordi molekylerne i væsken eller faststoffet har mere energi og lettere kan slippe ud. Men hvis temperaturen forbliver konstant, gendannes ligevægten igen; det vil sige, at damptrykket ophører med at stige.

Eksempler på damptryk

Antag, at du har n-butan, CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₃ og kuldioxid, CO ₂, i to separate containere. Ved 20 ° C blev deres damptryk målt. Damptrykket for n-butan er ca. 2,17 atm, medens det for kuldioxid er 56,25 atm.

Damptryk kan også måles i enheder af Pa, bar, torr, mmHg og andre. CO ₂ har et damptryk næsten 30 gange højere end n-butan, så ved første øjekast skal beholderen være mere modstandsdygtig for at kunne opbevare den; og hvis det har revner, skyder det med større vold omkring omgivelserne.

Denne CO ₂ findes opløst i kulsyreholdige drikkevarer, men i mængder, der er små nok til, at flaskerne eller dåser ikke eksploderer, når de slipper ud, men der produceres kun en lyd.

På den anden side har vi diethylether, CH ₃ CH ₂ OCH ₂ CH ₃ eller Et ₂ O, hvis damptryk ved 20 ºC er 0,49 atm. En beholder med denne ether, når den er afdækket, lyder som den med en sodavand. Damptrykket er næsten 5 gange lavere end for n-butan, så i teorien vil det være mere sikkert at håndtere en flaske diethylether end en flaske n-butan.

Løst øvelser

Øvelse 1

Hvilken af ​​de følgende to forbindelser forventes at have et damptryk større end 25 ° C? Diethylether eller ethylalkohol?

Strukturformlen diethylether er CH ₃ CH ₂ OCH ₂ CH ₃, og at ethylalkohol, CH ₃ CH ₂ OH. I princippet har diethylether en højere molekylmasse, den er større, så man kunne tro, at dens damptryk er lavere, da dens molekyler er tungere. Det modsatte er dog sandt: diethylether er mere flygtig end ethylalkohol.

Dette skyldes, at CH ₃ CH ₂ OH -molekyler, ligesom CH ₃ CH ₂ OCH ₂ CH ₃, interagerer via dipol-dipol kræfter. Men i modsætning til diethylether, ethylalkohol er stand til at danne hydrogenbindinger, der er karakteriseret ved at være særligt stærke og retningsbestemte dipoler: CH ₃ CH ₂ HO-HOCH ₂ CH ₃.

Følgelig er damptrykket af ethylalkohol (0,098 atm) lavere end for diethylether (0,664 atm) på trods af dets lettere molekyler.

Øvelse 2

Hvilket af de følgende to faste stoffer menes at have det højeste damptryk ved 25 ° C? Naphthalen eller jod?

Naphthalenmolekylet er bicyklisk med to aromatiske ringe og et kogepunkt på 218 ºC. Jod er på sin side lineær og homonuklear, I ₂ eller II, med et kogepunkt på 184 ºC. Disse egenskaber rangerer alene iod som muligvis det faste stof med det højeste damptryk (det koges ved den laveste temperatur).

Begge molekyler, naphthalen og jod, er apolære, så de interagerer gennem Londons spredningskræfter.

Naphthalen har en højere molekylmasse end jod, og det er derfor forståeligt at antage, at dens molekyler har sværere tid med at efterlade det sorte, duftende, tørre faste stof; mens det for jodet er lettere at undslippe de mørke lilla krystaller.

Ifølge data hentet fra Pubchem er damptrykket ved 25 ° C for henholdsvis naphthalen og jod: 0,085 mmHg og 0,233 mmHg. Derfor har iod et damptryk 3 gange højere end naphthalen.

Referencer

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi (8. udgave). CENGAGE Læring.
2. Damptryk. Gendannes fra: chem.purdue.edu
3. Wikipedia. (2019). Damptryk. Gendannet fra: en.wikipedia.org
4. Redaktørerne af Encyclopaedia Britannica. (3. april 2019). Damptryk. Encyclopædia Britannica. Gendannes fra: britannica.com
5. Nichole Miller. (2019). Damptryk: Definition, ligning & eksempler. Undersøgelse. Gendannes fra: study.com