Buhar Basıncı Nasıl Hesaplanır

Kaynamaya başlayan su ile karşı karşıya olduğunuzda, ana güvenlik endişeniz büyük olasılıkla suyun yüksek sıcaklığı ve sızan buhar nedeniyle haşlanmamaktır. Ancak buharla veya bu nedenle gaz formundaki herhangi bir madde türüyle ilgili başka bir şey fark etmiş olabilirsiniz: Kontrol altına alınmayı sevmez ve genellikle oldukça güçlü bir şekilde kaçmak için "savaşacaktır". Patlayan buhar kazanlarının karıştığı kazalar bu tehdide kulak veriyor.

Su veya başka bir sıvı kaynadığında, fiziksel olarak, sıvıdan gaza bir faz geçişi veya hal değişimi geçiriyor. Başka bir deyişle, buhar basıncı sıvının miktarı, genellikle Dünya atmosferinin üzerindeki gazınkini aşmaya başladı. ("Buhar", gaz anlamına gelen gevşek bir terimdir, örneğin "su buharı", H'dir.₂O gaz halinde.)

Katı ayrıca doğrudan gaz haline de girebilir, sıvı halini tamamen "atlayabilir" olarak bilinen bir işlemde. süblimasyon. Bu durumda, faz geçişinin altında yatan sebep aynıdır: Katıların kendi buhar basıncı vardır ve belirli koşullar altında bu basıncın değeri atmosfer basıncını geçebilir. Ancak daha sık olarak katılar sıvılara geçer.

Yeryüzünde, doğal koşullar altında, madde üç halden birinde bulunur: katı, sıvı veya gaz. Herhangi bir madde için, bu fazlar maddenin moleküllerinin ortalama kinetik enerjisinde artan sıcaklıkta yansıyan ardışık artışları temsil eder. Ancak bazı maddeler oda sıcaklığında gaz olarak bulunurken, diğerleri sıvı, bazıları ise katı halde bulunur; bu, bazı moleküllerin belirli bir termal enerji (ısı) girdisi ile bir madde içinde daha kolay ayrılmalarının sonucudur.

Her element ve molekül, 0 K'da veya mutlak sıfırda (yaklaşık –273 °C) katı olarak bulunur. Çok düşük sıcaklıklarda maddenin yapısı katı kristal bir kafestir. Sıcaklık arttıkça, etkin bir şekilde yerinde kilitlenen moleküller yeterince titreşebilir. kafesten kurtulmak için enerji ve bu madde çapında gerçekleştiğinde, madde sıvı içindedir durum.

Sıvı halde madde bulunduğu kabın şeklini alır, ancak yerçekimi sınırları içindedir. Kinetik enerji daha da arttığında, moleküller sıvıdan kaçmaya başlar. hava-sıvı arayüzü ve gazın şeklini sınırlayan tek şeyin yüksek enerjili moleküllerin hareketini sınırlayan kap olduğu gaz haline girin.

Oda sıcaklığında bir kap su gözlemlediğinizde, bu belirgin olmayabilir, ancak bazı su molekülleri uçuşuyor. su yüzeyinin yaklaşık üzerinde, aynı anda su fazına dönen eşit (ve çok küçük) bir sayı ile zaman. Bu nedenle sistem dengededir ve H'nin minimum kaçmasıyla yaratılan buhar basıncı₂O molekülleri suyun denge buhar basıncıdır.

Göreceğiniz gibi, sıvı haldeki farklı maddelerin farklı karakteristik buhar basıncı P seviyeleri vardır._buhar oda sıcaklığında, bu değer sıvıdaki moleküller arasındaki moleküller arası kuvvetlerin doğasına bağlıdır. Örneğin, hidrojen bağları gibi daha zayıf moleküller arası kuvvetlere sahip maddeler, daha yüksek denge P seviyelerine sahip olacaktır._buhar çünkü moleküllerin sıvıdan ayrılması daha kolaydır.

Bununla birlikte, ısı eklenmesiyle denge koşulları bozulursa, sıvının buhar basıncı atmosfer basıncına (101.3 kilopaskal, 1 atm veya 762 torr) doğru yükselir. Buhar basıncının değeri sıcaklığa bağlı olmasaydı, herhangi bir sıvıyı (veya katıyı) kaynatmak veya buharlaştırmak, özellikle de yüksek doğal buhar basıncı değerlerine sahip olanları elde etmek zor olurdu.

Bir sıvıya, buhar basıncını atmosfer basıncı düzeyine çıkarmaya yetecek kadar ısı eklendiğinde, sıvı kaynamaya başlar. Ne kadar ısı eklenmesi gerektiği maddenin özelliklerine bağlıdır. Peki ya madde saf su değil de katı bir maddenin su gibi bir sıvı içinde çözüldüğü bir çözeltiyse?

Çözünen maddenin eklenmesi, tipik olarak, kaynama ve erime (yani donma) noktaları dahil olmak üzere bir sıvının birçok parametresi üzerinde etkilere sahiptir. Çözünen konsantrasyonundan etkilenen parametreler, koligatif ("bağlantı ile ilgili") özellikler olarak bilinir. Buhar basıncı, çözünenin eklenmesiyle düşürülür ve bunun meydana gelme derecesi, eklenen çözünen miktarına ve nihayetinde çözünenin çözücüye molar oranına bağlıdır.

• Buhar basıncını düşürmek bir çözeltinin kaynama noktasına ne yapar? Matematik hakkında düşündüğünüzde, bu, sıvının kendi buhar basıncı ile atmosfer basıncı arasında daha büyük bir boşluğa sahip olacağı ve kaynaması için daha fazla ısı eklenmesi gerektiği anlamına gelir. Bu nedenle kaynama noktası bir miktar artar.

Aşağıda gösterildiğini göreceğiniz bu durumlardaki ilgi denklemi, Raoult yasası:P_Toplam=∑P_benX_ben. burada P_Toplam bir bütün olarak çözeltinin buhar basıncıdır ve sağ taraf, bireysel buhar basınçlarının ürünlerinin toplamını temsil eder ve mol kesirleri çözünen ve çözücünün.

Su her yerde bulunan bir sıvı ve çözücü olduğundan, onun buhar basıncı denklemini belirleyen faktörleri daha ayrıntılı olarak araştırmaya değer.

Suyun bir P'si var_buhar 0.031 atm veya 1/30 atmosfer basıncının altında. Bu, böyle basit bir molekül için nispeten yüksek kaynama noktasını açıklamaya yardımcı olur; bu düşük değer, oksijen atomları ve bitişik moleküllerdeki hidrojen atomları arasındaki hidrojen bağları ile açıklanır (bunlar gerçek kimyasal bağlar değil, moleküller arası kuvvetlerdir).

Oda sıcaklığından (yaklaşık 25 °C) yaklaşık 60 °C'ye ısıtıldığında, suyun buhar basıncı çok az yükselir. Daha sonra 100 °C'de (tanım gereği) 1 atm değerine ulaşmadan önce daha keskin bir şekilde yükselmeye başlar.

Şimdi, Raoult yasasını iş başında görmenin zamanı geldi. Bu problemlere yaklaşırken her zaman P değerlerini arayabileceğinizi bilin._buhar belirli maddeler için.

Bir çözelti, 1 mol (mol) H karışımı içerir.₂O, 2 mol etanol (C₂H₅OH) ve 1 mol asetaldehit (CH₃CHO) 293 K'da. Bu çözeltinin toplam buhar basıncı nedir? Not: Bu maddelerin oda sıcaklığındaki kısmi basınçları sırasıyla 18 torr, 67,5 torr ve 740 torr'dur.

İlk önce denkleminizi kurun. Yukarıdan, sahip olduğunuz

P_Toplam = P_watX_wat + P_etX_et + P_asX_as

İlgili maddelerin mol fraksiyonları, her birinin mol sayısının çözeltideki toplam madde molüne bölünmesiyle bulunur, yani 1 + 2 + 1 = 4'tür. Böylece X var_wat = 1/4 - 0,25, X_et = 2/4 = 0,5 ve X_as = 1/4 = 0.25. (Köstebek kesirlerinin toplamının her zaman tam olarak 1 olması gerektiğini unutmayın.) Şimdi, verilenleri takmaya hazırsınız. bireysel buhar basınçları için değerler ve karışımın toplam buhar basıncını çözer. çözümler:

P_Toplam = (0,25 tor)(18 torr) + (0,5)(67,5 torr) + (0,25 torr)(740 torr) = 223.25 tor.