Saat Anda berada di dekat air yang mulai mendidih, masalah keamanan utama Anda kemungkinan besar tidak tersiram air panas karena suhu air yang tinggi dan uap yang keluar. Tetapi Anda mungkin telah memperhatikan sesuatu yang lain tentang uap, atau dalam hal ini, segala jenis materi dalam bentuk gas: Ia tidak suka dikurung, dan akan "bertarung", seringkali dengan cukup kuat, untuk melarikan diri. Laporan kecelakaan yang melibatkan ketel uap meledak mendengarkan ancaman ini.
Ketika air atau cairan lain mendidih, secara fisik, ia mengalami transisi fase atau perubahan wujud dari cair ke gas. Dengan kata lain, the Tekanan uap cairan sudah mulai melebihi gas di atasnya, biasanya atmosfer bumi. ("Uap" adalah istilah longgar yang berarti gas, misalnya, "uap air" adalah H2O dalam keadaan gas.)
Padat juga dapat memasuki keadaan gas secara langsung, "melewati" keadaan cair sama sekali dalam proses yang dikenal sebagai sublimasi. Dalam hal ini, alasan yang mendasari transisi fase adalah sama: Padatan memiliki tekanan uapnya sendiri, dan dalam kondisi tertentu nilai tekanan ini dapat melebihi tekanan atmosfer. Tetapi lebih sering, padatan bertransisi menjadi cairan.
Keadaan Materi dan Perubahan Keadaan
Di Bumi, dalam kondisi alami, materi ada di salah satu dari tiga keadaan: padat, cair atau gas. Untuk setiap zat, fase-fase ini mewakili peningkatan berurutan dalam energi kinetik rata-rata molekul zat, yang tercermin dalam peningkatan suhu. Beberapa zat, bagaimanapun, ada sebagai gas pada suhu kamar, sedangkan yang lain adalah cairan, dan yang lain lagi adalah padatan; ini adalah hasil dari beberapa molekul yang lebih mudah dipisahkan dalam suatu zat dengan masukan energi panas (panas) yang diberikan.
Setiap elemen dan molekul ada sebagai padatan pada 0 K, atau nol mutlak (sekitar –273 °C). Struktur materi pada suhu yang sangat rendah adalah kisi kristal padat. Saat suhu meningkat, molekul, yang secara efektif terkunci di tempatnya, dapat bergetar dengan cukup energi untuk membebaskan diri dari kisi, dan ketika ini terjadi di seluruh zat, zat tersebut berada dalam cairan negara.
Dalam keadaan cair, materi mengambil bentuk wadahnya, tetapi dalam batas-batas gravitasi. Ketika energi kinetik meningkat lebih banyak lagi, molekul-molekul mulai melepaskan diri dari antarmuka udara-cair dan memasuki keadaan gas, di mana satu-satunya yang membatasi bentuk gas adalah wadah yang membatasi pergerakan molekul berenergi tinggi.
Tekanan Uap dalam Kimia, Didefinisikan
Ketika Anda mengamati sepanci air pada suhu kamar, itu mungkin tidak terlihat, tetapi beberapa molekul air melayang sekitar di atas permukaan air, dengan jumlah yang sama (dan sangat kecil) kembali ke fase air pada saat yang sama waktu. Oleh karena itu sistem dalam kesetimbangan, dan tekanan uap yang diciptakan oleh pelepasan minimal H2Molekul O adalah kesetimbangan tekanan uap air.
Seperti yang akan Anda lihat, zat yang berbeda dalam keadaan cair memiliki tingkat karakteristik tekanan uap yang berbeda Puap air pada suhu kamar, dengan nilai ini tergantung pada sifat gaya antarmolekul antara molekul dalam cairan. Misalnya, zat yang memiliki gaya antarmolekul yang lebih lemah, seperti ikatan hidrogen, akan memiliki tingkat kesetimbangan P. yang lebih tinggiuap air karena lebih mudah bagi molekul untuk melepaskan diri dari cairan.
Jika kondisi kesetimbangan terganggu oleh penambahan panas, bagaimanapun, tekanan uap cairan naik menuju tekanan atmosfer (101,3 kilopascal, 1 atm atau 762 torr). Jika nilai tekanan uap tidak bergantung pada suhu, akan sulit untuk membuat cairan (atau padatan) mendidih, atau menguap, terutama yang memiliki nilai tekanan uap bawaan yang tinggi.
Persamaan Tekanan Uap
Setelah cukup panas ditambahkan ke cairan untuk mendorong tekanan uapnya ke tingkat tekanan atmosfer, cairan mulai mendidih. Berapa banyak panas yang perlu ditambahkan tergantung pada karakteristik zat. Tetapi bagaimana jika zat tersebut bukan air murni, melainkan larutan yang zat padatnya dilarutkan dalam cairan seperti air?
Penambahan zat terlarut biasanya memiliki efek pada banyak parameter cairan, termasuk titik didih dan titik lelehnya (yaitu titik beku). Parameter yang dipengaruhi oleh konsentrasi zat terlarut dikenal sebagai sifat koligatif ("terkait koneksi"). Tekanan uap diturunkan dengan penambahan zat terlarut, dan sejauh mana hal ini terjadi tergantung pada jumlah zat terlarut yang ditambahkan dan pada akhirnya rasio molar zat terlarut terhadap pelarut.
- Apa pengaruh penurunan tekanan uap terhadap titik didih larutan? Ketika Anda memikirkan matematika, itu berarti bahwa cairan kemudian akan memiliki celah yang lebih besar antara tekanan uapnya sendiri dan tekanan atmosfer, dan Anda akan membutuhkan lebih banyak panas yang ditambahkan untuk membuatnya mendidih. Oleh karena itu, titik didihnya meningkat dengan jumlah tertentu.
Persamaan minat dalam situasi ini, yang akan Anda lihat ditunjukkan di bawah ini, adalah bentuk dari apa yang dikenal sebagai hukum Raoult: Ptotal=∑PsayaXsaya. Di sini Ptotal adalah tekanan uap larutan secara keseluruhan, dan ruas kanan mewakili jumlah produk dari tekanan uap individu dan pecahan mol dari zat terlarut dan pelarut.
Tekanan Uap Air
Karena air adalah cairan dan pelarut yang ada di mana-mana, ada baiknya menyelidiki faktor-faktor yang menentukan persamaan tekanan uapnya secara lebih rinci.
Air memiliki Puap air 0,031 atm, atau kurang dari 1/30 tekanan atmosfer. Ini membantu menjelaskan titik didihnya yang relatif tinggi untuk molekul yang begitu sederhana; nilai rendah ini pada gilirannya dijelaskan oleh ikatan hidrogen antara atom oksigen dan atom hidrogen pada molekul yang berdekatan (ini adalah gaya antarmolekul, bukan ikatan kimia sejati).
Ketika dipanaskan dari suhu kamar (sekitar 25 °C) hingga sekitar 60 °C, tekanan uap air hanya naik sedikit. Kemudian mulai naik lebih tajam sebelum mencapai nilai 1 atm pada 100 °C (menurut definisi).
Contoh Tekanan Uap
Sekarang, saatnya bagi Anda untuk melihat hukum Raoult beraksi. Ketahuilah saat Anda mendekati masalah ini bahwa Anda selalu dapat mencari nilai untuk Puap air untuk zat tertentu.
Suatu larutan mengandung campuran 1 mol (mol) H2O, 2 mol etanol (C2H5OH), dan 1 mol asetaldehida (CH3CHO) pada 293 K. Berapa tekanan uap total larutan ini? catatan: Tekanan parsial zat-zat ini pada suhu kamar masing-masing adalah 18 torr, 67,5 torr dan 740 torr.
Pertama, atur persamaan Anda. Dari atas, Anda memiliki
Ptotal = PapaXapa + PetXet + Pkartu asXkartu as
Fraksi mol masing-masing zat adalah jumlah mol masing-masing zat dibagi dengan jumlah mol zat dalam larutan, yaitu 1 + 2 + 1 = 4. Jadi Anda memiliki Xapa = 1/4 - 0,25, Xet = 2/4 = 0,5, dan Xkartu as = 1/4 = 0.25. (Perhatikan bahwa jumlah fraksi mol harus selalu tepat 1.) Sekarang, Anda siap untuk memasukkan yang diberikan nilai-nilai untuk tekanan uap individu dan memecahkan tekanan uap total campuran solusi:
Ptotal = (0,25)(18 torr) + (0,5)(67,5 torr) + (0,25)(740 torr) = 223,25 Torr.