DAMPFDRUCK: KONZEPT, BEISPIELE UND GELÖSTE ÜBUNGEN - CHEMIE - 2025

Der Dampfdruck ist einer, der die Oberfläche einer Flüssigkeit oder eines Feststoffs als Produkt eines thermodynamischen Gleichgewichts der Partikel in einem geschlossenen System erfährt. Unter einem geschlossenen System wird ein Behälter, ein Behälter oder eine Flasche verstanden, die weder Luft noch atmosphärischem Druck ausgesetzt sind.

Daher übt jede Flüssigkeit oder jeder Feststoff in einem Behälter auf sich selbst eine Dampfdruckcharakteristik und eine Charakteristik ihrer chemischen Natur aus. Eine ungeöffnete Wasserflasche befindet sich im Gleichgewicht mit Wasserdampf, der die Oberfläche der Flüssigkeit und die Innenwände der Flasche "stopft".

Kohlensäurehaltige Getränke veranschaulichen das Konzept des Dampfdrucks. Quelle: Pixabay.

Solange die Temperatur konstant bleibt, ändert sich die in der Flasche vorhandene Wasserdampfmenge nicht. Wenn es jedoch zunimmt, wird es einen Punkt geben, an dem Druck erzeugt wird, so dass der Deckel hochgeschossen werden kann. Dies geschieht, wenn Sie absichtlich versuchen, eine Flasche mit kochendem Wasser zu füllen und zu verschließen.

Kohlensäurehaltige Getränke sind dagegen ein offensichtlicheres (und sichereres) Beispiel dafür, was unter Dampfdruck zu verstehen ist. Im unbedeckten Zustand wird das Gas-Flüssigkeits-Gleichgewicht im Inneren unterbrochen, wodurch der Dampf nach außen in einem zischähnlichen Geräusch freigesetzt wird. Dies würde nicht passieren, wenn sein Dampfdruck niedriger oder vernachlässigbar wäre.

Dampfdruckkonzept

Dampfdruck und intermolekulare Kräfte

Das Entkappen mehrerer kohlensäurehaltiger Getränke unter den gleichen Bedingungen bietet eine qualitative Vorstellung davon, welche Getränke einen höheren Dampfdruck haben, abhängig von der Intensität des abgegebenen Schalls.

Eine Flasche Äther würde sich genauso verhalten; nicht so ein Öl, Honig, Sirup oder eine Menge gemahlener Kaffee. Sie würden kein merkliches Geräusch machen, wenn sie keine Gase aus der Zersetzung freisetzen.

Dies liegt daran, dass ihre Dampfdrücke niedriger oder vernachlässigbar sind. Was aus der Flasche entweicht, sind Moleküle in der Gasphase, die zuerst die Kräfte überwinden müssen, die sie in der Flüssigkeit oder im Feststoff "gefangen" oder kohäsiv halten; Das heißt, sie müssen die intermolekularen Kräfte oder Wechselwirkungen überwinden, die von den Molekülen in ihrer Umgebung ausgeübt werden.

Wenn es keine derartigen Wechselwirkungen gäbe, würde sich nicht einmal eine Flüssigkeit oder ein Feststoff in der Flasche befinden. Je schwächer die intermolekularen Wechselwirkungen sind, desto wahrscheinlicher verlassen die Moleküle die ungeordnete Flüssigkeit oder die geordneten oder amorphen Strukturen des Feststoffs.

Dies gilt nicht nur für reine Substanzen oder Verbindungen, sondern auch für Gemische, bei denen die bereits erwähnten Getränke und Spirituosen eingehen. Somit ist es möglich vorherzusagen, welche Flasche einen höheren Dampfdruck haben wird, wenn man die Zusammensetzung ihres Inhalts kennt.

Verdunstung und Flüchtigkeit

Die Flüssigkeit oder der Feststoff in der Flasche verdampft kontinuierlich, vorausgesetzt, sie ist nicht verschlossen. Das heißt, die Moleküle auf ihrer Oberfläche entweichen in die Gasphase, die in der Luft und ihren Strömen verteilt sind. Deshalb verdunstet das Wasser vollständig, wenn die Flasche nicht geschlossen oder der Topf abgedeckt ist.

Das Gleiche gilt jedoch nicht für andere Flüssigkeiten und noch viel weniger für Feststoffe. Der Dampfdruck für letztere ist normalerweise so lächerlich, dass es Millionen von Jahren dauern kann, bis eine Verringerung der Größe wahrgenommen wird; vorausgesetzt, sie sind in dieser ganzen Zeit nicht verrostet, erodiert oder zersetzt.

Eine Substanz oder Verbindung wird dann als flüchtig bezeichnet, wenn sie bei Raumtemperatur schnell verdampft. Beachten Sie, dass die Flüchtigkeit ein qualitatives Konzept ist: Sie wird nicht quantifiziert, sondern ist das Produkt des Vergleichs der Verdunstung zwischen verschiedenen Flüssigkeiten und Feststoffen. Diejenigen, die schneller verdunsten, werden als flüchtiger angesehen.

Andererseits ist der Dampfdruck messbar und sammelt von selbst, was unter Verdampfung, Kochen und Flüchtigkeit verstanden wird.

Thermodynamisches Gleichgewicht

Moleküle in der Gasphase kollidieren mit der Oberfläche der Flüssigkeit oder des Feststoffs. Auf diese Weise können die intermolekularen Kräfte der anderen, stärker kondensierten Moleküle sie stoppen und halten, wodurch verhindert wird, dass sie wieder als Dampf entweichen. Dabei können jedoch andere Moleküle auf der Oberfläche entweichen und den Dampf integrieren.

Wenn die Flasche geschlossen ist, wird es eine Zeit geben, in der die Anzahl der Moleküle, die in die Flüssigkeit oder den Feststoff eintreten, gleich der Anzahl der Moleküle ist, die sie verlassen. Wir haben also ein Gleichgewicht, das von der Temperatur abhängt. Wenn die Temperatur steigt oder fällt, ändert sich der Dampfdruck.

Je höher die Temperatur, desto höher der Dampfdruck, da die Moleküle der Flüssigkeit oder des Feststoffs mehr Energie haben und leichter entweichen können. Wenn die Temperatur jedoch konstant bleibt, wird das Gleichgewicht wiederhergestellt. Das heißt, der Dampfdruck hört auf zu steigen.

Beispiele für Dampfdruck

Angenommen, Sie haben n-Butan, CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₃ und Kohlendioxid, CO ₂ , in zwei getrennten Behältern. Bei 20 ° C wurden ihre Dampfdrücke gemessen. Der Dampfdruck für n-Butan beträgt ungefähr 2,17 atm, während der von Kohlendioxid 56,25 atm beträgt.

Dampfdrücke können auch in Einheiten von Pa, bar, Torr, mmHg und anderen gemessen werden. CO ₂ hat einen fast 30-mal höheren Dampfdruck als n-Butan, daher muss sein Behälter auf den ersten Blick widerstandsfähiger sein, um ihn lagern zu können. und wenn es Risse hat, schießt es mit größerer Gewalt um die Umgebung.

Dieses CO ₂ ist in kohlensäurehaltigen Getränken gelöst, jedoch in ausreichenden Mengen, so dass beim Entweichen der Flaschen oder Dosen nicht explodieren, sondern nur ein Geräusch erzeugt wird.

Andererseits haben wir Diethylether, CH ₃ CH ₂ OCH ₂ CH ₃ oder Et ₂ O, dessen Dampfdruck bei 20 ° C 0,49 atm beträgt. Ein Behälter dieses Äthers klingt im unbedeckten Zustand ähnlich wie ein Soda. Sein Dampfdruck ist fast fünfmal niedriger als der von n-Butan, daher ist es theoretisch sicherer, mit einer Flasche Diethylether umzugehen als mit einer Flasche n-Butan.

Gelöste Übungen

Übung 1

Welche der folgenden beiden Verbindungen hat voraussichtlich einen Dampfdruck von mehr als 25 ° C? Diethylether oder Ethylalkohol?

Die Strukturformel von Diethylether lautet CH ₃ CH ₂ OCH ₂ CH ₃ und die von Ethylalkohol CH ₃ CH ₂ OH. Im Prinzip hat Diethylether eine höhere Molekülmasse, es ist größer, so dass angenommen werden könnte, dass sein Dampfdruck niedriger ist, da seine Moleküle schwerer sind. Das Gegenteil ist der Fall: Diethylether ist flüchtiger als Ethylalkohol.

Dies liegt daran, dass die CH ₃ CH ₂ OH- Moleküle wie die CH ₃ CH ₂ OCH ₂ CH ₃ durch Dipol-Dipol-Kräfte interagieren. Im Gegensatz zu Diethylether kann Ethylalkohol jedoch Wasserstoffbrückenbindungen bilden, die sich durch besonders starke und gerichtete Dipole auszeichnen : CH ₃ CH ₂ HO-HOCH ₂ CH ₃ .

Folglich ist der Dampfdruck von Ethylalkohol (0,098 atm) trotz seiner leichteren Moleküle niedriger als der von Diethylether (0,684 atm).

Übung 2

Welcher der folgenden beiden Feststoffe hat vermutlich den höchsten Dampfdruck bei 25 ° C? Naphthalin oder Jod?

Das Naphthalinmolekül ist bicyclisch, hat zwei aromatische Ringe und einen Siedepunkt von 218ºC. Jod ist seinerseits linear und homonuklear, I ₂ oder II, mit einem Siedepunkt von 184 ºC. Allein diese Eigenschaften stufen Jod als möglicherweise den Feststoff mit dem höchsten Dampfdruck ein (er siedet bei der niedrigsten Temperatur).

Beide Moleküle, das von Naphthalin und Jod, sind unpolar, so dass sie durch Londoner Dispersionskräfte interagieren.

Naphthalin hat eine höhere Molekülmasse als Jod, und daher ist es verständlich anzunehmen, dass es seinen Molekülen schwerer fällt, den schwarzen, duftenden, teerigen Feststoff zu verlassen. Für das Jod ist es einfacher, den dunkelvioletten Kristallen zu entkommen.

Nach Angaben von Pubchem betragen die Dampfdrücke bei 25 ° C für Naphthalin und Jod: 0,085 mmHg bzw. 0,233 mmHg. Daher hat Jod einen dreimal höheren Dampfdruck als Naphthalin.

Verweise

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie (8. Aufl.). CENGAGE Lernen.
2. Dampfdruck. Wiederhergestellt von: chem.purdue.edu
3. Wikipedia. (2019). Dampfdruck. Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org
4. Die Herausgeber der Encyclopaedia Britannica. (3. April 2019). Dampfdruck. Encyclopædia Britannica. Wiederhergestellt von: britannica.com
5. Nichole Miller. (2019). Dampfdruck: Definition, Gleichung & Beispiele. Studie. Wiederhergestellt von: study.com