TEKANAN WAP: KONSEP, CONTOH DAN LATIHAN YANG DISELESAIKAN - KIMIA - 2025

The tekanan wap adalah salah satu yang mengalami permukaan cecair atau pepejal, sebagai satu hasil daripada keseimbangan termodinamik zarah dalam sistem tertutup. Sistem tertutup difahami sebagai bekas, bekas atau botol yang tidak terdedah kepada tekanan udara dan atmosfera.

Oleh itu, semua cecair atau pepejal dalam bekas menanggung sendiri tekanan tekanan wap dan ciri sifat kimianya. Sebotol air yang belum dibuka berada dalam keseimbangan dengan wap air, yang "menyekat" permukaan cecair dan dinding dalam botol.

Minuman berkarbonat menggambarkan konsep tekanan wap. Sumber: Pixabay.

Selagi suhu tetap berubah, tidak akan ada variasi jumlah wap air yang terdapat di dalam botol. Tetapi jika ia meningkat, akan ada titik di mana tekanan akan dibuat sehingga dapat menutup penutup; seperti yang berlaku semasa anda sengaja mengisi dan menutup botol dengan air mendidih.

Minuman berkarbonat, sebaliknya, adalah contoh yang lebih jelas (dan lebih selamat) dari apa yang dimaksudkan dengan tekanan wap. Apabila terbongkar, keseimbangan gas-cecair di dalamnya terganggu, melepaskan wap ke luar dengan suara yang serupa dengan desahan. Ini tidak akan berlaku sekiranya tekanan wapnya lebih rendah atau diabaikan.

Konsep tekanan wap

Tekanan wap dan daya antara molekul

Membebaskan beberapa minuman berkarbonat, dalam keadaan yang sama, menawarkan idea kualitatif yang mana yang mempunyai tekanan wap yang lebih tinggi, bergantung pada intensiti suara yang dipancarkan.

Sebotol eter juga berkelakuan sama; tidak seperti minyak, madu, sirup, atau tumpukan kopi. Mereka tidak akan mengeluarkan bunyi yang ketara kecuali mengeluarkan gas dari penguraian.

Ini kerana tekanan wapnya lebih rendah atau boleh diabaikan. Apa yang terlepas dari botol adalah molekul dalam fasa gas, yang pertama harus mengatasi kekuatan yang menjadikannya "terperangkap" atau bersatu dalam cecair atau pepejal; iaitu, mereka mesti mengatasi daya intermolekul atau interaksi yang dilakukan oleh molekul di persekitarannya.

Sekiranya tidak ada interaksi seperti itu, bahkan tidak akan ada cecair atau pepejal yang tertutup di dalam botol. Oleh itu, semakin lemah interaksi molekul, semakin besar kemungkinan molekul meninggalkan cecair yang tidak teratur, atau struktur pepejal yang teratur atau amorf.

Ini berlaku bukan hanya untuk bahan atau sebatian murni, tetapi juga untuk campuran, di mana minuman dan minuman keras yang telah disebutkan masuk. Oleh itu, adalah mungkin untuk meramalkan botol mana yang akan mempunyai tekanan wap yang lebih tinggi mengetahui komposisi kandungannya.

Penyejatan dan turun naik

Cecair atau pepejal di dalam botol, dengan anggapan tidak terkurung, akan terus menguap; iaitu molekul-molekul di permukaannya melarikan diri ke fasa gas, yang tersebar di udara dan arusnya. Itulah sebabnya air akhirnya menguap sepenuhnya jika botol tidak ditutup atau periuk ditutup.

Tetapi perkara yang sama tidak berlaku dengan cecair lain, dan lebih kurang jika berlaku pada pepejal. Tekanan wap untuk yang terakhir biasanya sangat tidak masuk akal sehingga mungkin memakan masa berjuta-juta tahun sebelum penurunan ukuran dapat dilihat; dengan andaian mereka tidak berkarat, terhakis, atau terurai selama ini.

Suatu bahan atau sebatian kemudian dikatakan mudah menguap jika ia menguap dengan cepat pada suhu bilik. Perhatikan bahawa turun naik adalah konsep kualitatif: ia tidak dikuantifikasikan, tetapi merupakan produk membandingkan penyejatan antara pelbagai cecair dan pepejal. Mereka yang menguap lebih cepat akan dianggap lebih mudah berubah.

Sebaliknya, tekanan wap dapat diukur, mengumpulkan sendiri apa yang difahami oleh penyejatan, pendidihan dan turun naik.

Keseimbangan termodinamik

Molekul dalam fasa gas bertembung dengan permukaan cecair atau pepejal. Dengan berbuat demikian, daya intermolekul yang lain, molekul yang lebih pekat dapat berhenti dan menahannya, sehingga menghalangnya melarikan diri lagi sebagai wap. Walau bagaimanapun, dalam proses molekul lain di permukaan berjaya melepaskan diri, menyatukan wap.

Sekiranya botol ditutup, akan tiba masanya bilangan molekul yang memasuki cecair atau pepejal akan sama dengan yang meninggalkannya. Oleh itu, kita mempunyai keseimbangan, yang bergantung pada suhu. Sekiranya suhu meningkat atau menurun, tekanan wap akan berubah.

Semakin tinggi suhu, semakin tinggi tekanan wap, kerana molekul cecair atau pepejal akan mempunyai lebih banyak tenaga dan dapat melepaskan diri dengan lebih mudah. Tetapi jika suhu tetap, keseimbangan akan terjalin semula; iaitu tekanan wap akan berhenti meningkat.

Contoh tekanan wap

Katakan anda mempunyai n-butana, CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₃ , dan karbon dioksida, CO ₂ , dalam dua bekas yang berasingan. Pada suhu 20 ° C, tekanan wap mereka diukur. Tekanan wap untuk n-butana kira-kira 2,17 atm, sementara karbon dioksida adalah 56,25 atm.

Tekanan wap juga dapat diukur dalam unit Pa, bar, torr, mmHg, dan lain-lain. CO ₂ mempunyai tekanan wap hampir 30 kali lebih tinggi daripada n-butana, jadi pada pandangan pertama bekasnya mestilah lebih tahan untuk dapat menyimpannya; dan jika ada retakan, ia akan menembak dengan kekerasan yang lebih besar di sekitarnya.

CO ₂ ini didapati larut dalam minuman berkarbonat, tetapi dalam jumlah yang cukup kecil sehingga ketika melarikan botol atau tin tidak meletup, tetapi hanya mengeluarkan suara.

Sebaliknya kita mempunyai dietil eter, CH ₃ CH ₂ OCH ₂ CH ₃ atau Et ₂ O, yang tekanan wapnya pada 20 ºC adalah 0,49 atm. Bekas eter ini apabila dicungkil akan terdengar serupa dengan soda. Tekanan wapnya hampir 5 kali lebih rendah daripada n-butana, jadi secara teori lebih selamat untuk mengendalikan sebotol dietil eter daripada sebotol n-butana.

Latihan yang diselesaikan

Latihan 1

Antara dua sebatian berikut, yang manakah dijangka mempunyai tekanan wap lebih besar daripada 25 ° C? Dietil eter atau etil alkohol?

Rumus struktur dietil eter adalah CH ₃ CH ₂ OCH ₂ CH ₃ , dan formula etil alkohol, CH ₃ CH ₂ OH. Pada prinsipnya, dietil eter mempunyai jisim molekul yang lebih tinggi, lebih besar, jadi boleh dipercayai bahawa tekanan wapnya lebih rendah kerana molekulnya lebih berat. Walau bagaimanapun, sebaliknya berlaku: dietil eter lebih mudah berubah daripada etil alkohol.

Ini kerana molekul CH ₃ CH ₂ OH, seperti CH ₃ CH ₂ OCH ₂ CH ₃ , berinteraksi melalui daya dipol-dipol. Tetapi tidak seperti dietil eter, etil alkohol mampu membentuk ikatan hidrogen, yang dicirikan oleh dipol yang sangat kuat dan berarah: CH ₃ CH ₂ HO-HOCH ₂ CH ₃ .

Akibatnya, tekanan wap etil alkohol (0,098 atm) lebih rendah daripada tekanan dietil eter (0,684 atm) walaupun molekulnya lebih ringan.

Latihan 2

Antara pepejal berikut, yang manakah dipercayai mempunyai tekanan wap tertinggi pada 25 atC? Naphthalene atau iodin?

Molekul naftalena adalah basikal, mempunyai dua cincin aromatik, dan takat didih 218ºC. Bagi bahagiannya, yodium adalah linear dan homonuklear, I ₂ atau II, mempunyai takat didih 184 ºC. Sifat-sifat ini sendiri menjadikan iodin sebagai pepejal dengan tekanan wap tertinggi (ia mendidih pada suhu terendah).

Kedua-dua molekul, iaitu naftalena dan yodium, adalah apolar, sehingga mereka berinteraksi melalui daya penyebaran London.

Naphthalene mempunyai jisim molekul yang lebih tinggi daripada yodium, dan oleh itu dapat difahami bahawa molekulnya mempunyai masa yang lebih sukar untuk meninggalkan pepejal hitam, wangi, tetap; sementara untuk yodium akan lebih mudah untuk melepaskan kristal ungu gelap.

Menurut data yang diambil dari Pubchem, tekanan wap pada suhu 25ºC untuk naftalena dan yodium adalah: 0,085 mmHg dan 0,233 mmHg, masing-masing. Oleh itu, iodin mempunyai tekanan wap 3 kali lebih tinggi daripada naftalena.

Rujukan

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia (Edisi ke-8.) Pembelajaran CENGAGE.
2. Tekanan wap. Dipulihkan dari: chem.purdue.edu
3. Wikipedia. (2019). Tekanan wap. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
4. Penyunting Encyclopaedia Britannica. (03 April 2019). Tekanan wap. Encyclopædia Britannica. Dipulihkan dari: britannica.com
5. Nichole Miller. (2019). Tekanan Wap: Definisi, Persamaan & Contoh. Kaji. Dipulihkan dari: study.com