- Dampdruk concept
- Dampspanning en intermoleculaire krachten
- Verdamping en vluchtigheid
- Thermodynamisch evenwicht
- Voorbeelden van dampspanning
- Opgeloste oefeningen
- Oefening 1
- Oefening 2
- Referenties
De dampspanning is er een die het oppervlak van een vloeistof of vaste stof ervaart als een product van een thermodynamisch evenwicht van de deeltjes in een gesloten systeem. Onder een gesloten systeem wordt verstaan een container, container of fles die niet wordt blootgesteld aan lucht en atmosferische druk.
Daarom oefent alle vloeistof of vaste stof in een container op zichzelf een dampdruk uit die kenmerkend en kenmerkend is voor hun chemische aard. Een ongeopende fles water is in evenwicht met waterdamp, die het oppervlak van de vloeistof en de binnenwanden van de fles "aanstampt".
Koolzuurhoudende dranken illustreren het concept van dampspanning. Bron: Pixabay.
Zolang de temperatuur constant blijft, zal er geen variatie zijn in de hoeveelheid waterdamp in de fles. Maar als het toeneemt, zal er een punt komen waarop de druk zal worden gecreëerd zodat het deksel omhoog kan schieten; zoals gebeurt wanneer u opzettelijk probeert een fles met kokend water te vullen en te sluiten.
Koolzuurhoudende dranken zijn daarentegen een duidelijker (en veiliger) voorbeeld van wat wordt bedoeld met dampspanning. Wanneer het wordt blootgelegd, wordt de gas-vloeistofbalans binnenin onderbroken, waardoor de damp naar buiten komt met een geluid dat lijkt op een gesis. Dit zou niet gebeuren als de dampspanning lager of verwaarloosbaar was.
Dampdruk concept
Dampspanning en intermoleculaire krachten
Het ontsluiten van meerdere koolzuurhoudende dranken, onder dezelfde omstandigheden, biedt een kwalitatief idee van welke een hogere dampspanning hebben, afhankelijk van de intensiteit van het uitgezonden geluid.
Een fles ether zou zich ook op dezelfde manier gedragen; niet zo een van olie, honing, siroop of een hoop gemalen koffie. Ze zouden geen merkbaar geluid maken tenzij ze gassen vrijkomen bij ontbinding.
Dit komt doordat hun dampdrukken lager of verwaarloosbaar zijn. Wat uit de fles ontsnapt zijn moleculen in de gasfase, die eerst de krachten moeten overwinnen die ze "gevangen" of samenhangend houden in de vloeistof of vaste stof; dat wil zeggen, ze moeten de intermoleculaire krachten of interacties overwinnen die worden uitgeoefend door de moleculen in hun omgeving.
Als er geen dergelijke interacties waren, zou er niet eens een vloeistof of vaste stof in de fles zijn om op te sluiten. Daarom, hoe zwakker de intermoleculaire interacties, hoe groter de kans dat de moleculen de rommelige vloeistof of de ordelijke of amorfe structuren van de vaste stof verlaten.
Dit geldt niet alleen voor pure stoffen of verbindingen, maar ook voor mengsels, waar de reeds genoemde dranken en sterke dranken binnenkomen. Het is dus mogelijk om te voorspellen welke fles een hogere dampspanning zal hebben door de samenstelling van de inhoud te kennen.
Verdamping en vluchtigheid
De vloeistof of vaste stof in de fles, ervan uitgaande dat deze niet is afgesloten, zal continu verdampen; dat wil zeggen, de moleculen op het oppervlak ontsnappen in de gasfase, die in de lucht en zijn stromen wordt verspreid. Daarom verdampt het water volledig als de fles niet gesloten is of de pot is afgedekt.
Maar hetzelfde gebeurt niet met andere vloeistoffen, en veel minder als het om vaste stoffen gaat. De dampspanning voor de laatste is meestal zo belachelijk dat het miljoenen jaren kan duren voordat een afname in grootte wordt waargenomen; ervan uitgaande dat ze al die tijd niet zijn geroest, geërodeerd of afgebroken.
Een stof of verbinding wordt dan vluchtig genoemd als deze snel verdampt bij kamertemperatuur. Merk op dat vluchtigheid een kwalitatief concept is: het wordt niet gekwantificeerd, maar is het product van het vergelijken van verdamping tussen verschillende vloeistoffen en vaste stoffen. Degenen die sneller verdampen, worden als vluchtiger beschouwd.
Aan de andere kant is de dampspanning meetbaar en verzamelt ze vanzelf wat wordt verstaan onder verdamping, koken en vluchtigheid.
Thermodynamisch evenwicht
Moleculen in de gasfase botsen met het oppervlak van de vloeistof of vaste stof. Daarbij kunnen de intermoleculaire krachten van de andere, meer gecondenseerde moleculen ze stoppen en vasthouden, waardoor ze niet meer als damp ontsnappen. Tijdens het proces slagen andere moleculen op het oppervlak er echter in om te ontsnappen en de damp te integreren.
Als de fles gesloten is, zal er een tijd komen dat het aantal moleculen dat de vloeistof of vaste stof binnendringt gelijk zal zijn aan het aantal dat ze verlaat. We hebben dus een evenwicht, dat afhangt van de temperatuur. Als de temperatuur stijgt of daalt, verandert de dampspanning.
Hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de dampspanning, omdat de moleculen van de vloeistof of vaste stof meer energie zullen hebben en gemakkelijker kunnen ontsnappen. Maar als de temperatuur constant blijft, zal het evenwicht worden hersteld; dat wil zeggen, de dampspanning zal niet langer toenemen.
Voorbeelden van dampspanning
Stel dat u n-butaan, CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 en kooldioxide, CO 2 , in twee aparte containers hebt. Bij 20 ° C werden hun dampspanningen gemeten. De dampspanning voor n-butaan is ongeveer 2,17 atm, terwijl die van kooldioxide 56,25 atm is.
Dampdrukken kunnen ook worden gemeten in eenheden van Pa, bar, torr, mmHg en andere. CO 2 heeft een dampspanning die bijna 30 keer hoger is dan die van n-butaan, dus op het eerste gezicht moet de container beter bestand zijn om het te kunnen opslaan; en als het scheuren heeft, zal het met meer geweld rond de omgeving schieten.
Deze CO 2 wordt opgelost in koolzuurhoudende dranken aangetroffen, maar in voldoende kleine hoeveelheden zodat bij het ontsnappen de flessen of blikjes niet exploderen, maar alleen geluid produceren.
Aan de andere kant hebben we diethylether, CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 of Et 2 O, waarvan de dampdruk bij 20 ºC 0,49 atm is. Een container met deze ether zal onbedekt klinken als die van een frisdrank. De dampspanning is bijna 5 keer lager dan die van n-butaan, dus in theorie is het veiliger om een fles diethylether te hanteren dan een fles n-butaan.
Opgeloste oefeningen
Oefening 1
Welke van de volgende twee verbindingen heeft naar verwachting een dampspanning van meer dan 25 ° C? Diethylether of ethylalcohol?
De structuurformule van diethylether is CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 , en die van ethylalcohol, CH 3 CH 2 OH. In principe heeft diethylether een hogere molecuulmassa, het is groter, dus men zou kunnen denken dat de dampspanning lager is omdat de moleculen zwaarder zijn. Het tegenovergestelde is echter waar: diethylether is vluchtiger dan ethylalcohol.
Dit komt doordat de CH 3 CH 2 OH- moleculen , net als de CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 , interageren via dipool-dipoolkrachten. Maar in tegenstelling tot diethylether, is ethylalcohol in staat om waterstofbruggen te vormen, die worden gekenmerkt door bijzonder sterke en gerichte dipolen: CH 3 CH 2 HO-HOCH 2 CH 3 .
Bijgevolg is de dampspanning van ethylalcohol (0,098 atm) lager dan die van diethylether (0,684 atm) ondanks de lichtere moleculen.
Oefening 2
Van welke van de volgende twee vaste stoffen wordt aangenomen dat ze de hoogste dampspanning hebben bij 25 ° C? Naftaleen of jodium?
Het naftaleenmolecuul is bicyclisch, heeft twee aromatische ringen en een kookpunt van 218ºC. Jodium van zijn kant is lineair en homonucleair, I 2 of II, met een kookpunt van 184 ºC. Deze eigenschappen alleen rangschikken jodium als mogelijk de vaste stof met de hoogste dampspanning (het kookt bij de laagste temperatuur).
Beide moleculen, die van naftaleen en jodium, zijn apolair, dus ze werken samen via Londense verstrooiende krachten.
Naftaleen heeft een hogere molecuulmassa dan jodium, en daarom is het begrijpelijk om aan te nemen dat de moleculen ervan het moeilijker hebben om de zwarte, geurige, teerachtige vaste stof achter te laten; terwijl het voor jodium gemakkelijker zal zijn om aan de donkerpaarse kristallen te ontsnappen.
Volgens gegevens van Pubchem zijn de dampspanningen bij 25 ° C voor naftaleen en jodium: respectievelijk 0,085 mmHg en 0,233 mmHg. Daarom heeft jodium een dampspanning die 3 keer hoger is dan naftaleen.
Referenties
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie (8e ed.). CENGAGE Leren.
- Dampdruk. Hersteld van: chem.purdue.edu
- Wikipedia. (2019). Dampdruk. Hersteld van: en.wikipedia.org
- De redactie van Encyclopaedia Britannica. (3 april 2019). Dampdruk. Encyclopædia Britannica. Hersteld van: britannica.com
- Nichole Miller. (2019). Dampspanning: definitie, vergelijking en voorbeelden. Studie. Hersteld van: study.com