- Khái niệm áp suất hơi
- Áp suất hơi và lực giữa các phân tử
- Bốc hơi và biến động
- Cân bằng nhiệt động lực học
- Ví dụ về áp suất hơi
- Bài tập đã giải
- Bài tập 1
- Bài tập 2
- Người giới thiệu
Các áp suất hơi là một trong đó trải qua bề mặt của một chất lỏng hoặc rắn, như một sản phẩm của một trạng thái cân bằng nhiệt động lực học của các hạt trong một hệ thống khép kín. Hệ thống kín được hiểu là vật chứa, thùng chứa hoặc chai lọ không tiếp xúc với không khí và áp suất khí quyển.
Do đó, tất cả chất lỏng hoặc chất rắn trong bình chứa đều mang trên mình một đặc tính áp suất hơi và đặc trưng cho bản chất hóa học của chúng. Một chai nước chưa mở ở trạng thái cân bằng với hơi nước, hơi nước "phủ kín" bề mặt của chất lỏng và thành trong của chai.
Đồ uống có ga minh họa khái niệm về áp suất hơi. Nguồn: Pixabay.
Chừng nào nhiệt độ không đổi thì lượng hơi nước có trong bình sẽ không thay đổi. Nhưng nếu nó tăng lên, sẽ đến một điểm mà áp suất sẽ được tạo ra để nó có thể bắn nắp lên; như xảy ra khi bạn cố tình đổ đầy và đóng nắp một chai nước sôi.
Mặt khác, đồ uống có ga là một ví dụ rõ ràng hơn (và an toàn hơn) về ý nghĩa của áp suất hơi. Khi được mở ra, sự cân bằng khí-lỏng bên trong bị gián đoạn, giải phóng hơi ra bên ngoài với âm thanh tương tự như tiếng rít. Điều này sẽ không xảy ra nếu áp suất hơi của nó thấp hơn hoặc không đáng kể.
Khái niệm áp suất hơi
Áp suất hơi và lực giữa các phân tử
Việc mở nắp một số đồ uống có ga, trong cùng một điều kiện, cung cấp một ý tưởng định tính về loại nào có áp suất hơi cao hơn, tùy thuộc vào cường độ âm thanh phát ra.
Một chai ete cũng sẽ hoạt động theo cách tương tự; không phải là dầu, mật ong, xi-rô, hoặc một đống cà phê xay. Chúng sẽ không gây ra bất kỳ tiếng ồn đáng chú ý nào trừ khi chúng giải phóng khí từ quá trình phân hủy.
Điều này là do áp suất hơi của chúng thấp hơn hoặc không đáng kể. Những gì thoát ra khỏi chai là các phân tử trong pha khí, trước hết phải vượt qua các lực giữ chúng "bị mắc kẹt" hoặc kết dính trong chất lỏng hoặc chất rắn; nghĩa là, chúng phải vượt qua các lực hoặc lực tương tác giữa các phân tử do các phân tử tác dụng trong môi trường của chúng.
Nếu không có những tương tác như vậy, thậm chí sẽ không có chất lỏng hoặc chất rắn để bao bọc bên trong chai. Do đó, tương tác giữa các phân tử càng yếu thì các phân tử càng có khả năng rời khỏi chất lỏng không theo trật tự, hoặc các cấu trúc có trật tự hoặc vô định hình của chất rắn.
Điều này không chỉ áp dụng cho các chất hoặc hợp chất tinh khiết, mà còn cho hỗn hợp, trong đó đồ uống và rượu mạnh đã được đề cập đến. Như vậy, có thể dự đoán chai nào sẽ có áp suất hơi cao hơn khi biết thành phần của nó.
Bốc hơi và biến động
Chất lỏng hoặc chất rắn bên trong chai, giả sử nó không được đóng nắp, sẽ liên tục bay hơi; nghĩa là, các phân tử trên bề mặt của nó thoát vào pha khí, chúng được phân tán trong không khí và các dòng của nó. Đó là lý do tại sao nước sẽ bay hơi hoàn toàn nếu không đậy nắp chai hoặc đậy nắp nồi.
Nhưng điều tương tự không xảy ra với các chất lỏng khác, và ít hơn nhiều khi đối với chất rắn. Áp suất hơi đối với áp suất hơi sau này thường vô lý đến mức có thể mất hàng triệu năm trước khi nhận thấy sự giảm kích thước; giả sử rằng chúng không bị gỉ sét, ăn mòn hoặc phân hủy trong suốt thời gian đó.
Một chất hoặc hợp chất sau đó được cho là dễ bay hơi nếu nó bay hơi nhanh ở nhiệt độ phòng. Lưu ý rằng độ bay hơi là một khái niệm định tính: nó không được định lượng, mà là sản phẩm của việc so sánh sự bay hơi giữa các chất lỏng và chất rắn khác nhau. Những chất bay hơi nhanh hơn sẽ được coi là dễ bay hơi hơn.
Mặt khác, áp suất hơi có thể đo được, tự nó tập hợp những gì được hiểu là bay hơi, sôi và bay hơi.
Cân bằng nhiệt động lực học
Các phân tử trong pha khí va chạm vào bề mặt của chất lỏng hoặc chất rắn. Khi làm như vậy, lực liên phân tử của các phân tử khác, các phân tử cô đặc hơn có thể dừng lại và giữ chúng lại, do đó ngăn chúng thoát ra ngoài dưới dạng hơi. Tuy nhiên, trong quá trình này các phân tử khác trên bề mặt cố gắng thoát ra ngoài, tích hợp hơi.
Nếu cái chai được đậy kín, sẽ có lúc số phân tử đi vào chất lỏng hoặc chất rắn sẽ bằng số phân tử rời khỏi chúng. Vì vậy chúng ta có một trạng thái cân bằng phụ thuộc vào nhiệt độ. Nếu tăng hoặc giảm nhiệt độ thì áp suất hơi sẽ thay đổi.
Nhiệt độ càng cao, áp suất hơi càng cao, vì các phân tử chất lỏng hoặc chất rắn sẽ có nhiều năng lượng hơn và có thể thoát ra ngoài dễ dàng hơn. Nhưng nếu nhiệt độ không đổi, trạng thái cân bằng sẽ được tái lập; nghĩa là, áp suất hơi sẽ ngừng tăng.
Ví dụ về áp suất hơi
Giả sử bạn có n -butan, CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 , và cacbon đioxit, CO 2 , đựng trong hai bình riêng biệt. Ở 20 ° C, áp suất hơi của chúng được đo. Áp suất hơi của n-butan là khoảng 2,17 atm, trong khi của khí cacbonic là 56,25 atm.
Áp suất hơi cũng có thể được đo bằng các đơn vị Pa, bar, torr, mmHg và các đơn vị khác. CO 2 có áp suất hơi cao hơn gần 30 lần so với n-butan, vì vậy thoạt nhìn bình chứa của nó phải chịu lực tốt hơn mới có thể chứa được; và nếu nó có vết nứt, nó sẽ bắn ra xung quanh với bạo lực lớn hơn.
Khí CO 2 này được tìm thấy hòa tan trong đồ uống có ga nhưng với lượng nhỏ đủ để khi thoát ra các chai, lon không phát nổ mà chỉ phát ra âm thanh.
Mặt khác, ta có dietyl ete, CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 hoặc Et 2 O, có áp suất hơi ở 20ºC là 0,49 atm. Một hộp đựng ether này khi không được đậy nắp sẽ phát ra âm thanh tương tự như của soda. Áp suất hơi của nó thấp hơn gần 5 lần so với n-butan, vì vậy về lý thuyết, xử lý một chai dietyl ete sẽ an toàn hơn một chai n-butan.
Bài tập đã giải
Bài tập 1
Hai hợp chất nào sau đây mong muốn có áp suất hơi lớn hơn 25 ° C? Đietyl ete hay rượu etylic?
Công thức cấu tạo của dietyl ete là CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 và của ancol etylic là CH 3 CH 2 OH. Về nguyên tắc, dietyl ete có khối lượng phân tử lớn hơn, nó lớn hơn, vì vậy có thể tin rằng áp suất hơi của nó thấp hơn vì phân tử của nó nặng hơn. Tuy nhiên, điều ngược lại là đúng: dietyl ete dễ bay hơi hơn ancol etylic.
Điều này là do các phân tử CH 3 CH 2 OH, giống như CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 , tương tác thông qua lực lưỡng cực-lưỡng cực. Nhưng khác với dietyl ete, ancol etylic có khả năng tạo liên kết hiđro với đặc điểm là các lưỡng cực đặc biệt bền và có hướng: CH 3 CH 2 HO-HOCH 2 CH 3 .
Do đó, áp suất hơi của rượu etylic (0,098 atm) thấp hơn của dietyl ete (0,684 atm) mặc dù phân tử của nó nhẹ hơn.
Bài tập 2
Hai chất rắn nào sau đây được cho là có áp suất hơi cao nhất ở 25ºC? Naphthalene hay iốt?
Phân tử naphtalen là phân tử mạch hở, có hai vòng thơm và nhiệt độ sôi là 218ºC. Về phần mình, iốt là hạt nhân thẳng và hạt nhân, I 2 hoặc II, có nhiệt độ sôi là 184 ºC. Chỉ riêng những tính chất này đã xếp hạng iốt có thể là chất rắn có áp suất hơi cao nhất (nó sôi ở nhiệt độ thấp nhất).
Cả hai phân tử, của naphthalene và iốt, đều là bất cực, vì vậy chúng tương tác thông qua lực phân tán London.
Naphtalen có khối lượng phân tử cao hơn iot, và do đó có thể hiểu được rằng các phân tử của nó khó tạo ra chất rắn màu đen, có mùi thơm, hắc ín; còn đối với iot sẽ dễ thoát ra khỏi tinh thể màu tím sẫm hơn.
Theo dữ liệu lấy từ Pubchem, áp suất hơi ở 25ºC của naphtalen và iốt lần lượt là: 0,085 mmHg và 0,233 mmHg. Do đó, iot có áp suất hơi cao gấp 3 lần so với naphtalen.
Người giới thiệu
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Hóa học (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Học tập.
- Áp suất hơi. Được khôi phục từ: chem.purdue.edu
- Wikipedia. (2019). Áp suất hơi. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
- Các biên tập viên của Encyclopaedia Britannica. (Ngày 03 tháng 4 năm 2019). Áp suất hơi. Encyclopædia Britannica. Phục hồi từ: britannica.com
- Nichole Miller. (2019). Áp suất hơi: Định nghĩa, Phương trình & Ví dụ. Học. Phục hồi từ: study.com