ПАРНО НАЛЯГАНЕ: КОНЦЕПЦИЯ, ПРИМЕРИ И РЕШЕНИ УПРАЖНЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На парното налягане е този, който изпитва повърхността на течност или твърдо вещество, като един продукт на термодинамично равновесие на частиците в затворена система. Под затворена система се разбира контейнер, контейнер или бутилка, които не са изложени на въздух и атмосферно налягане.

Следователно, цялата течност или твърдо вещество в контейнер упражнява върху себе си налягане на пара, характерно за тяхната химическа природа. Неотворена бутилка с вода е в равновесие с водна пара, която "уплътнява" повърхността на течността и вътрешните стени на бутилката.

Газирани напитки илюстрират концепцията за налягането на парата. Източник: Pixabay

Докато температурата остава постоянна, няма да има промени в количеството водна пара, присъстващо в бутилката. Но ако се увеличи, ще дойде момент, в който ще се създаде налягане, така че да може да изстреля капака нагоре; както се случва, когато умишлено се опитате да напълните и затворите бутилка с вряла вода.

Газираните напитки, от друга страна, са по-очевиден (и по-безопасен) пример за това, което се разбира под налягане на парата. Когато се открие, балансът газо-течност вътре се прекъсва, отделяйки парата навън, при звук, подобен на съскане. Това няма да се случи, ако налягането му на пара е по-ниско или незначително.

Концепция за налягане на парата

Парно налягане и междумолекулни сили

Отпушването на няколко газирани напитки при същите условия предлага качествена представа кои от тях имат най-високо налягане на парата, в зависимост от интензивността на излъчвания звук.

Бутилката с етер също ще се държи по същия начин; не толкова олио, мед, сироп или струпване на смляно кафе. Те няма да издават забележим шум, освен ако не отделят газове от разлагането.

Това е така, защото налягането на парите им е по-ниско или незначително. Това, което избяга от бутилката, са молекули в газовата фаза, които първо трябва да преодолеят силите, които ги държат „хванати“ или сплотени в течността или твърдото вещество; тоест те трябва да преодолеят междумолекулните сили или взаимодействия, упражнявани от молекулите в тяхната среда.

Ако нямаше такива взаимодействия, нямаше да има дори течност или твърдо вещество, което да се затвори вътре в бутилката. Следователно, колкото по-слаби са междумолекулните взаимодействия, толкова по-голяма е вероятността молекулите да напуснат неупотребената течност или подредените или аморфни структури на твърдото вещество.

Това се отнася не само за чисти вещества или съединения, но и за смеси, в които влизат вече споменатите напитки и спиртни напитки. По този начин е възможно да се предвиди коя бутилка ще има по-високо налягане на парата, като се знае съставът на нейното съдържание.

Изпарение и нестабилност

Течността или твърдото вещество вътре в бутилката, ако се приеме, че тя е незатворена, ще се изпарява непрекъснато; тоест молекулите на повърхността му избягат в газообразната фаза, които се разпръскват във въздуха и неговите токове. Ето защо водата завършва напълно да се изпарява, ако бутилката не е затворена или съдът е покрит.

Но същото не се случва с други течности и много по-малко, когато става дума за твърди вещества. Парно налягане за последния обикновено е толкова смешно, че може да отнеме милиони години, преди да се усети намаляване на размера; ако приемем, че през цялото време не са ръждясвали, размивали или разлагали.

След това се казва, че вещество или съединение е летливо, ако се изпарява бързо при стайна температура. Обърнете внимание, че летливостта е качествена концепция: тя не е количествено определена, но е продукт на сравняване на изпарението между различни течности и твърди вещества. Тези, които се изпаряват по-бързо, ще се считат за по-летливи.

От друга страна, налягането на парата е измеримо, като само по себе си се разбира това, което се разбира под изпаряване, кипене и летливост.

Термодинамично равновесие

Молекулите в газовата фаза се сблъскват с повърхността на течността или твърдото вещество. По този начин междумолекулните сили на другите, по-кондензирани молекули могат да ги спрат и да ги задържат, като по този начин ще им попречат да избягат отново като пара. В процеса обаче други молекули на повърхността успяват да избягат, интегрирайки изпаренията.

Ако бутилката е затворена, ще дойде време, когато броят на молекулите, които влизат в течността или твърдото вещество, ще бъде равен на този, който ги напуска. Така че имаме равновесие, което зависи от температурата. Ако температурата се увеличи или намали, налягането на парата ще се промени.

Колкото по-висока е температурата, толкова по-високо е налягането на парата, защото молекулите на течността или твърдото вещество ще имат повече енергия и могат да избягат по-лесно. Но ако температурата остане постоянна, равновесието ще бъде възстановено; тоест налягането на парите ще спре да се увеличава.

Примери за налягане на парата

Да предположим, че п -бутан, СН _3, СН ₂ СН ₂ СН ₃, и въглероден диоксид, СО ₂ в два отделни контейнери. При 20 ° C бяха измерени наляганията на парите им. Парно налягане за n-бутан е приблизително 2,17 атм, докато въглеродният диоксид е 56,25 атм.

Парно налягане може да бъде измерено и в единици Pa, bar, torr, mmHg и други. CO ₂ има налягане на пари почти 30 пъти по-високо от това на n-бутан, така че на пръв поглед контейнерът му трябва да е по-устойчив, за да може да го съхранява; и ако има пукнатини, ще стреля с по-голямо насилие около околността.

Този CO ₂ се намира разтворен в газирани напитки, но в достатъчно малки количества, че при изтичане бутилките или консервите не експлодират, а само издават звук.

От друга страна имаме диетилов етер, CH ₃ CH ₂ ОСН ₂ СН ₃ или Et ₂ О, чието парно налягане при 20 ° С е 0,49 атм. Съд с този етер, когато бъде открит, ще звучи подобно на този на сода. Парното му налягане е почти 5 пъти по-ниско от това на n-бутан, така че на теория ще бъде по-безопасно да се борави с бутилка диетилов етер, отколкото с бутилка n-бутан.

Решени упражнения

Упражнение 1

Кое от следните две съединения се очаква да има налягане на парите над 25 ° C? Диетилов етер или етилов алкохол?

Структурната формула на диетил етер е СН ₃ СН ₂ ОСН ₂ СН ₃, а на етилов алкохол, CH ₃ CH ₂ OH. По принцип диетиловият етер има по-висока молекулна маса, той е по-голям, така че може да се вярва, че налягането му на парите е по-ниско, тъй като молекулите му са по-тежки. Все пак е вярно обратното: диетиловият етер е по-летлив от етиловия алкохол.

Това е така, защото CH ₃ CH ₂ ОН молекули, като CH ₃ CH ₂ ОСН ₂ CH ₃, взаимодействат чрез дипол-дипол сили. Но за разлика от диетилов етер, етилов алкохол е в състояние да образува водородни връзки, които се характеризират като е особено силни и посока диполи: CH ₃ CH ₂ НО-HOCH ₂ СН ₃.

Следователно налягането на парата на етилов алкохол (0,098 атм) е по-ниско от това на диетиловия етер (0,684 атм), въпреки по-леките му молекули.

Упражнение 2

Кое от следните две твърди вещества се смята, че има най-високо налягане на парата при 25 ° C? Нафталин или йод?

Нафталеновата молекула е бициклична, има два ароматни пръстена и точка на кипене 218 ° C. От своя страна, йод е линейна и хомоядрени, I ₂ или II, с точка на кипене от 184 ° С. Само тези свойства класифицират йода като възможно твърдото вещество с най-високо налягане на парата (кипи при най-ниска температура).

И двете молекули, тази на нафталина и йода, са аполарни, така че взаимодействат чрез лондонските дисперсивни сили.

Нафталинът има по-висока молекулна маса от йода и затова е разбираемо да се предположи, че молекулите му имат по-трудно време, оставяйки черното, кафяво ароматно твърдо вещество; докато за йода ще бъде по-лесно да избягат от тъмно лилавите кристали.

Според данни, взети от Pubchem, налягането на парата при 25ºC за нафталин и йод е: 0,085 mmHg и 0,233 mmHg, съответно. Следователно йодът има налягане на парите 3 пъти по-високо от нафталина.

Препратки

1. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. (2008 г.). Химия (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.
2. Парно налягане. Възстановена от: chem.purdue.edu
3. Wikipedia. (2019). Парно налягане. Възстановено от: en.wikipedia.org
4. Редакторите на Encyclopaedia Britannica. (03 април 2019 г.). Парно налягане. Encyclopædia Britannica. Възстановено от: britannica.com
5. Никол Милър. (2019). Парно налягане: Определение, уравнение и примери. Изследване. Възстановено от: study.com