- Concepte de pressió de vapor
- Pressió de vapor i forces intermoleculars
- Evaporació i volatilitat
- equilibri termodinàmic
- Exemples de pressió de vapor
- exercicis resolts
- exercici 1
- exercici 2
- referències
La pressió de vapor és aquella que experimenta la superfície d'un líquid o sòlid, com a producte d'un equilibri termodinàmic de les seves partícules en un sistema tancat. S'entén per sistema tancat un recipient, contenidor o ampolla que no estan exposats a l'aire ia la pressió atmosfèrica.
Per tant, tot líquid o sòlid en un recipient exerceix sobre ells mateixos una pressió de vapor característica i pròpia de la seva naturalesa química. Una ampolla d'aigua sense obrir es troba en equilibri amb el vapor d'aigua, el qual "picona" la superfície de el líquid i les parets internes de l'ampolla.
Les begudes gasificades il·lustren el concepte de pressió de vapor. Font: Pixabay.
Mentre la temperatura romangui constant, no hi haurà cap variació en la quantitat de vapor d'aigua present a l'ampolla. Però si s'incrementa, arribarà un punt on es crearà una pressió tal que pugui disparar la tapa cap amunt; com succeeix quan s'intenta omplir i tancar deliberadament una ampolla amb aigua bullint.
Les begudes gasificades, d'altra banda, són un exemple més evident (i segur) pel que s'entén per pressió de vapor. A l'destapar, s'interromp l'equilibri gas-líquid en el seu interior, alliberant-se el vapor cap a l'exterior en un so semblant a un xiuxiueig. No passaria això si la seva pressió de vapor és menor o menyspreable.
Concepte de pressió de vapor
Pressió de vapor i forces intermoleculars
El destapar diverses begudes gasificades, a les mateixes condicions, ofereix una idea qualitativa de quines tenen major pressió de vapor, en funció de la intensitat del so emès.
Una ampolla d'èter també es comportaria de la mateixa manera; no així una d'oli, mel, xarop, o un satisfeta de cafè mòlt. No farien cap soroll perceptible a menys que alliberin gasos per descomposició.
Això es deu al fet que les seves pressions de vapor són inferiors o menyspreables. El que s'escapa de l'ampolla són molècules en fase gasosa, les quals han de primer vèncer les forces que les mantenen "atrapades" o cohesionades en el líquid o sòlid; és a dir, han de superar les forces o interaccions intermoleculars exercides per les molècules del seu entorn.
Si no existissin aquestes interaccions, no hi hauria tan sols un líquid o sòlid que tancar dins de l'ampolla. Per tant, com més febles siguin les interaccions intermoleculars, més propenses seran les molècules d'abandonar el desordenat líquid, o les estructures ordenes o amorfes de l'sòlid.
Això s'aplica no només per a substàncies o compostos purs, sinó també per a mescles, on entren les begudes ja esmentades i els licors. Així doncs, és possible predir quin ampolla tindrà més pressió de vapor coneixent la composició del seu contingut.
Evaporació i volatilitat
El líquid o sòlid dins de l'ampolla, suposant que estigui destapada, estarà contínuament evaporant; és a dir, les molècules de la seva superfície van escapant a la fase gasosa, les quals es dispersen en l'aire i els seus corrents. És per això que l'aigua s'acaba evaporant per complet si no es tanca l'ampolla o es tapa l'olla.
Però no passa el mateix amb altres líquids, i molt menys quan es tracta de sòlids. La pressió de vapor per a aquests últims sol ser tan irrisòria que potser es necessitin milions d'anys abans que es percebi una disminució de la seva mida; assumint que no s'hagin oxidats, erosionats o descompostos durant tot aquest temps.
Es diu llavors que una substància o compost és volàtil si s'evapora ràpidament a temperatura ambient. Cal notar que la volatilitat és un concepte qualitatiu: no es quantifica, sinó que és producte de la comparació de l'evaporació entre diversos líquids i sòlids. Aquells que s'evaporin més ràpid, es consideraran més volàtils.
En canvi, la pressió de vapor si és mesurable, reunint per si mateixa el que s'entén per evaporació, ebullició i volatilitat.
equilibri termodinàmic
Les molècules en la fase gasosa xoquen amb la superfície de el líquid o de l'sòlid. A el fer-ho, les forces intermoleculars de les altres molècules, més condensades, poden aturar-les i retenir-les, evitant així que escapin novament com a vapor. No obstant això, en el procés altres molècules de la superfície aconsegueixen escapar, passant a integrar el vapor.
Si l'ampolla està tancada, arribarà un moment on el nombre de molècules que ingressen a el líquid o sòlid serà igual a les que surten d'ells. Tenim doncs un equilibri, el qual depèn de la temperatura. Si la temperatura augmenta o disminueix, la pressió de vapor canviarà.
A major temperatura, major serà la pressió de vapor, pel fet que les molècules de el líquid o sòlid tindran més energia i podran escapar amb més facilitat. Però si la temperatura roman constant, es restablirà l'equilibri; és a dir, la pressió de vapor deixarà de incrementar-se.
Exemples de pressió de vapor
Suposem que es té n -butano, CH 3 CH 2 CH 2 CH 3, i diòxid de carboni, CO 2, en dos recipients separats. A 20 ºC, es van mesurar les seves pressions de vapors. La pressió de vapor per al n -butano és aproximadament 2,17 atm, mentre que la de el diòxid de carboni és 56,25 atm.
Les pressions de vapor també poden mesurar-se en unitats de Pa, bar, torre, mmHg i altres. El CO 2 té una pressió de vapor gairebé 30 vegades superior a la de l'n -butano, de manera que a primera vista la seva recipient ha de ser més resistent per poder emmagatzemar-lo; i de tenir fissures, es dispararà amb més violència pels voltants.
Aquest CO 2 es troba dissolt en les begudes gasificades, però en quantitats prou petites perquè a l'escapar no esclatin les ampolles o llaunes, sinó que es produeixi només un so.
D'altra banda tenim a l'dietiléter, CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 o Et febrer O, la pressió de vapor a 20 ºC és 0,49 atm. Un recipient d'aquest èter a l'destapar sonarà semblant a el d'un refresc. La seva pressió de vapor és gairebé 5 vegades menor que la de l'n -butano, pel que en teoria serà més segur el manipular una ampolla de dietiléter que una bombona de n -butano.
exercicis resolts
exercici 1
Quin dels següents dos compostos s'espera tingui una pressió de vapor major a 25 ° C? ¿Dietiléter o alcohol etílic?
La fórmula estructural de l'dietiléter és CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3, i la de l'alcohol etílic, CH 3 CH 2 OH. En principi el dietiléter té major massa molecular, és més gran, pel que pogués creure que la seva pressió de vapor és menor ja que les seves molècules són més pesades. No obstant això, ocorre tot el contrari: el dietiléter és més volàtil que l'alcohol etílic.
Això es deu al fet que les molècules CH 3 CH 2 OH, a l'igual que les CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3, interaccionen mitjançant forces dipol-dipol. Però a diferència de l'dietiléter, l'alcohol etílic és capaç de formar ponts d'hidrogen, els quals es caracteritzen per ser dipols especialment forts i direccionals: CH 3 CH 2 HO- HOCH 2 CH 3.
En conseqüència, la pressió de vapor d'l'alcohol etílic (0,098 atm) és menor que la de l'dietiléter (0,684 atm) tot i que les seves molècules siguin més lleugeres.
exercici 2
Quin dels següents dos sòlids es creu que té la major pressió de vapor a 25ºC? ¿Naftalè o iode ?.
La molècula d'naftalè és bicíclica, tenint dos anells aromàtics, i un punt d'ebullició de 218 ºC. El iode per la seva banda és lineal i homonuclear, I 2 o II, tenint un punt d'ebullició de 184 ºC. Aquestes propietats per si soles situen a l'iode possiblement com el sòlid amb la major pressió de vapor (bull a menor temperatura).
Les dues molècules, la de l'naftalè i iode, són apolars, de manera que interaccionen mitjançant forces dispersives de London.
El naftalè té major massa molecular que el iode, i per tant, és comprensible suposar que a les seves molècules se'ls dificulta més abandonar el sòlid negre fragant a quitrà; mentre que per a les de l'iode li seran més fàcils escapar dels vidres morats foscos.
D'acord a dades preses de PubChem, les pressions de vapor a 25 ° C per al naftalè i iode són: 0,085 mmHg i 0,233 mmHg, respectivament. Per tant, el iode té una pressió de vapor 3 vegades més gran que el naftalè.
referències
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). Cengage Learning.
- Vapor Pressure. Recuperat de: chem.purdue.edu
- Wikipedia. (2019). Vapor pressure. Recuperat de: en.wikipedia.org
- The Editors of Encyclopaedia Britannica. (3 abril 2019). Vapour pressure. Encyclopædia Britannica. Recuperat de: britannica.com
- Nichole Miller. (2019). Vapor Pressure: Definition, Equation & Examples. Study. Recuperat de: study.com