Како израчунати притисак паре

Када сте у присуству воде која почиње да кључа, ваша главна брига о безбедности највероватније неће бити опарена због високе температуре воде и пара која излази. Али можда сте приметили још нешто у вези са паром, или у вези са тим, било којом врстом материје у облику гаса: она не воли да је садржи, и „бориће се“, често прилично снажно, да побегне. Прикази несрећа у којима су експлодирали парни котлови слуте на ову претњу.

Када вода или друга течност прокључа, у физичком смислу пролази фазни прелаз или промена стања из течности у гас. Другим речима, притисак паре течности је почео да премашује ниво гаса изнад себе, обично Земљине атмосфере. („Пара“ је лабав појам који значи гас, нпр. „Водена пара“ је Х₂О у гасовитом стању.)

Чврста супстанца такође може директно ући у гасовито стање, „заобилазећи“ течно стање у процесу познатом као сублимација. У овом случају, основни разлог фазног прелаза је исти: Чврсте материје имају сопствени притисак паре и под одређеним условима вредност овог притиска може премашити атмосферски притисак. Али чешће чврсте материје прелазе у течности.

На Земљи, у природним условима, материја постоји у једном од три стања: у чврстом, течном или гасном стању. За било коју супстанцу, ове фазе представљају узастопно повећање просечне кинетичке енергије молекула супстанце, што се одражава у порасту температуре. Неке супстанце, међутим, постоје као гасови на собној температури, док су друге течности, а треће чврсте материје; ово је резултат тога што се неки молекули лакше одвајају унутар супстанце давањем уноса топлотне енергије (топлоте).

Сваки елемент и молекул постоје у облику чврсте супстанце на 0 К, или апсолутне нуле (око –273 ° Ц). Структура материје на врло ниским температурама је чврста кристална решетка. Како се температура повећава, молекули, који су ефикасно закључани на свом месту, могу вибрирати са довољно енергије да се ослободи решетке, а када се то догоди, супстанца је у течности стање.

У течном стању, материја поприма облик своје посуде, али у границама гравитације. Када се кинетичка енергија још више повећа, молекули почињу да беже из интерфејс ваздух-течност и уђите у гасовито стање, где једино што ограничава облик гаса је контејнер који ограничава кретање молекула високе енергије.

Када посматрате лонац воде на собној температури, то можда није очигледно, али неки молекули воде трепере отприлике изнад површине воде, са једнаким (и врло малим) бројем који се истовремено враћа у водену фазу време. Стога је систем у равнотежи и притисак паре створен минималним изласком Х₂О молекули је равнотежни притисак паре воде.

Као што ћете видети, различите супстанце у течном стању имају различите карактеристичне нивое притиска паре П_пара на собној температури, са овом вредношћу у зависности од природе интермолекуларних сила између молекула у течности. На пример, супстанце које имају слабије интермолекуларне силе, као што су водоничне везе, имаће виши ниво равнотеже П_пара јер се молекули лакше ослобађају течности.

Ако се равнотежни услови поремете додатком топлоте, притисак паре течности расте према атмосферском притиску (101,3 килопаскала, 1 атм или 762 тора). Да вредност притиска паре не зависи од температуре, било би тешко натећи било коју течност (или чврсту супстанцу) да прокључа или испари, посебно оне са високим инхерентним вредностима притиска паре.

Једном када се течности дода довољно топлоте да покреће притисак паре до нивоа атмосферског, течност почиње да кључа. Колико топлоте треба додати зависи од карактеристика супстанце. Али шта ако супстанца није чиста вода, већ раствор у коме се чврста супстанца раствара у течности као што је вода?

Додавање растворене супстанце обично утиче на многе параметре течности, укључујући тачке кључања и топљења (тј. Смрзавања). Параметри на које утиче концентрација растворене супстанце познати су као колигативна својства. Притисак паре се смањује додавањем растворене супстанце, а мера у којој се то дешава зависи од количине додане растворене супстанце и на крају моларног односа растворене супстанце и растварача.

• Шта снижавање притиска паре чини до тачке кључања раствора? Када размишљате о математици, то значи да ће течност тада имати већи јаз између сопственог притиска паре и атмосферског притиска, а требат ће вам још топлоте да би прокључала. Његова тачка кључања је због тога повећана за неку количину.

Једначина интереса у овим ситуацијама, која ћете видети у наставку, облик је онога што је познато Раоултов закон: П_укупно= ∑П_иИкс_и. Овде П._укупно је притисак паре раствора у целини, а десна страна представља збир производа појединачних притисака паре и молске фракције растворене супстанце и растварача.

Будући да је вода свеприсутна течност и растварач, вреди детаљније истражити факторе који одређују њену једначину притиска паре.

Вода има П._пара од 0,031 атм, или мање од 1/30 атмосферског притиска. Ово помаже у објашњавању његове релативно високе тачке кључања за тако једноставан молекул; ова ниска вредност заузврат се објашњава водоничним везама између атома кисеоника и атома водоника на суседним молекулима (то су интермолекуларне силе, а не истинске хемијске везе).

Када се загреје са собне температуре (око 25 ° Ц) на око 60 ° Ц, притисак паре воде расте само мало. Тада почиње нагло да расте, пре него што достигне вредност од 1 атм на 100 ° Ц (по дефиницији).

Сада је време да видите Раоултов закон на делу. Како се приближавате овим проблемима, знајте да увек можете потражити вредности за П_пара за одређене супстанце.

Раствор садржи смешу од 1 мола (мол) Х.₂О, 2 мол етанола (Ц.₂Х.₅ОХ) и 1 мол ацеталдехида (ЦХ₃ЦХО) на 293 К. Колики је укупан притисак паре овог раствора? Белешка: Парцијални притисци ових супстанци на собној температури су 18 тора, 67,5 тора и 740 тора.

Прво подесите своју једначину. Одозго, јесте

П._укупно = П_ватИкс_ват + П_етИкс_ет + П_асИкс_ас

Молски удели одговарајућих супстанци представљају број молова сваког од њих подељен укупним моловима супстанце у раствору, који је 1 + 2 + 1 = 4. Тако имате Кс_ват = 1/4 - 0,25, Кс_ет = 2/4 = 0,5, и Кс_ас = 1/4 = 0.25. (Имајте на уму да зброј молских удела увек мора бити тачно 1.) Сада сте спремни да прикључите дато вредности за појединачне притиске паре и решите за укупан притисак паре смеше од решења:

П._укупно = (0,25) (18 торр) + (0,5) (67,5 торр) + (0,25) (740 торр) = 223,25 торр.