Πίεση ατμών – Σύνθεση

Εισαγωγή

Η τάση ατμών ορίζεται ως η πίεση που ασκείται από τους ατμούς ενός υγρού σε κατάσταση ισορροπίας ονομάζεται τάση ατμών του υγρού στη δεδομένη θερμοκρασία. Ονομάζεται επίσης πίεση ατμών ισορροπίας.

Όταν ένα υγρό θερμαίνεται, τα μόριά του υπερνικούν τις δυνάμεις που τα συγκρατούν σε υγρή μορφή και διαφεύγουν σε μια αέρια φάση. Λόγω αυτού, δημιουργούν περισσότερα μόρια στην αέρια φάση και αυτή η ποσότητα σχηματίζει πίεση ακριβώς πάνω από την επιφάνεια του υγρού, η οποία οδηγεί στην πίεση ατμών.

Πίεση ατμών :

• Τα υγρά μόρια θερμαίνονται σε σταθερή θερμοκρασία. Απέκτησαν κινητική ενέργεια που κατανέμεται μέσα στα μόρια του υγρού. Όσον αφορά το αέριο, η αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει τόσο τη μέση κινητική ενέργεια των αέριων μορίων στο υγρό όσο και το εύρος της κινητικής ενέργειας κάθε μορίου.
• Αν υποθέσουμε ότι υπάρχει μια ελάχιστη ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για να σπάσει η διαμοριακή δύναμη μεταξύ των υγρών σωματιδίων, η οποία τα συγκρατεί, τότε υπάρχουν μερικά μόρια στο υγρό που έχουν πάντα την κινητική ενέργεια που είναι μεγαλύτερη από την ελάχιστη ποσότητα ενέργειας.
• Τα μόρια που έχουν ενέργεια μεγαλύτερη από αυτή την ελάχιστη ποσότητα ενέργειας είναι αυτά που διαφεύγουν εύκολα από την επιφάνεια του υγρού και πρέπει να βρίσκονται στην επιφάνεια του υγρού για διαδικασία εξάτμισης της εξάτμισης να λάβει χώρα και να μετατραπεί σε μόριο αερίου.

• Όταν αυξάνεται ο αριθμός των μορίων αερίου πάνω από την επιφάνεια του υγρού, δημιουργείται πίεση και αυτή η πίεση αναφέρεται ως πίεση ατμών.

• Μόλις σχηματιστούν μερικά από τα μόρια ατμού, ένα κλάσμα από αυτά θα συγκρουστεί με την επιφάνεια του υγρού, μετατρέποντάς το σε υγρό. και αυτή η διαδικασία ονομάζεται συμπύκνωση.

• Επομένως, η διαδικασία της εξάτμισης και της συμπύκνωσης παίζει σημαντικό ρόλο στο σημείο όπου μπορεί να μετρηθεί και να παρατηρηθεί η τάση ατμών.
• Καθώς αυξάνεται ο αριθμός των μορίων στη φάση ατμού, αυξάνεται και ο αριθμός των συγκρούσεων μεταξύ τους, και καθώς η επιφάνεια μεγαλώνει, τόσο αυξάνεται ο αριθμός των μορίων που εγκαταλείπουν την επιφάνεια του υγρού, έως ότου επιτυγχάνεται μια σταθερή κατάσταση στην οποία ακριβώς τόσα μόρια ανά μονάδα χρόνου εγκαταλείπουν την επιφάνεια του υγρού και συγκρούονται ξανά.

Σε αυτό το σημείο, η πίεση πάνω από την επιφάνεια του υγρού σταματά να αυξάνεται και παραμένει σταθερή σε μια δεδομένη θερμοκρασία.

Πίεση κορεσμένων ατμών

Όταν δύο αντίθετες διεργασίες συμβαίνουν με τον ίδιο ρυθμό, επομένως, δεν υπάρχει καθαρή αλλαγή στο σύστημα. Αυτό αποτελεί τη δυναμική ισορροπία. Όταν ένα υγρό περιορίζεται σε ένα θάλαμο, το μόριο εξατμίζεται και συμπυκνώνεται συνεχώς, αλλά ο όγκος των μορίων υγρού ή των μορίων ατμού δεν ποικίλλει. Ως αποτέλεσμα, η τάση ισορροπίας ατμών του υγρού, γνωστή και ως πίεση κορεσμένων ατμών, είναι η πίεση που ασκεί ο ατμός σε δυναμική ισορροπία με την επιφάνεια του υγρού.

Όταν ένα υγρό τοποθετείται σε ένα ανοιχτό δοχείο, η πλειοψηφία των μορίων ατμού διαφεύγει στον αέρα και δεν συγκρούεται με την επιφάνεια του υγρού, με αποτέλεσμα να μην υπάρχει ισορροπία. Το υγρό θα συνεχίσει να εξατμίζεται μέχρι να μην υπάρχει άλλο υγρό στο δοχείο υπό αυτές τις συνθήκες. Ο ρυθμός με τον οποίο συμβαίνει αυτό καθορίζεται από την πίεση ατμών του υγρού και τη θερμοκρασία θέρμανσης.

• Τα πτητικά υγρά έχουν υψηλή τάση ατμών και τείνουν να εξατμίζονται εύκολα.

Παράδειγμα :Βενζίνη, ακετόνη

• Τα μη πτητικά υγρά έχουν χαμηλή τάση ατμών και εξατμίζονται αργά.

Παράδειγμα:Γλυκερίνη

Διαιρέστε το πτητικό υγρό και τα μη πτητικά υγρά δεν έχουν σαφές συμπέρασμα. Συγκρίνουμε κυρίως το υγρό με την τάση ατμών του νερού. Ανάλογα με την τάση ατμών του νερού, χωρίζονται σε πτητικό υγρό και σε μη πτητικό υγρό.

• Τα υγρά που έχουν μεγαλύτερη τάση ατμών από το νερό θεωρούνται πτητικά.
• Τα υγρά που έχουν χαμηλότερη τάση ατμών από το νερό θεωρούνται μη πτητικά.

Η πίεση ατμών ισορροπίας οποιασδήποτε ουσίας σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία είναι ένα χαρακτηριστικό που μπορεί να οριστεί ως μοριακή μάζα, σημείο τήξης, σημείο πήξης και σημείο βρασμού.

Παράγοντες που επηρεάζουν την πίεση ατμών:

• Η πίεση ατμών είναι ευθέως ανάλογη της θερμοκρασίας. Δηλαδή, αν υπάρξει άνοδος της θερμοκρασίας, αυξάνεται και η τάση ατμών.
• Η πίεση των ατμών είναι αντιστρόφως ανάλογη με τη φύση του υγρού και το μέγεθος των διαμοριακών δυνάμεων. Εάν υπάρχει λιγότερη διαμοριακή δύναμη, τότε η τάση ατμών αυξάνεται.

Σχέση μεταξύ σημείου βρασμού και πίεσης ατμών :

Η πίεση ατμών παίζει σημαντικό ρόλο στον προσδιορισμό του σημείου βρασμού. Καθώς αυξάνουμε τη θερμοκρασία ενός υγρού, η τάση ατμών του υγρού αυξάνεται μέχρι να φτάσει στο σημείο στο οποίο η τάση ατμών του υγρού είναι ίση με την ατμοσφαιρική πίεση.

Επομένως, το σημείο βρασμού ορίζεται ως το σημείο στο οποίο το υγρό βράζει ακριβώς σε μία ατμοσφαιρική πίεση.

Τα σημεία βρασμού διαφέρουν όταν αλλάζει η ατμοσφαιρική πίεση. Για παράδειγμα, σε υψόμετρο, το νερό βράζει πιο γρήγορα από ό,τι σε χαμηλότερα υψόμετρα λόγω της διαφοράς στην ατμοσφαιρική πίεση λόγω ανύψωσης.

Νόμος του Raoult:

Δηλώνει ότι "Για ένα διάλυμα που έχει δύο πτητικά υγρά, η τάση ατμών τους είναι ευθέως ανάλογη με τα αντίστοιχα μοριακά κλάσματα" 

Συστατικό 1:P1 ∝ x1  

P1 =P1° x1

Συστατικό 2:P2 ∝ x2  

P2 =P2° x2

P σύνολο =P1 + P2 

=(P1° x1) + (P2° x2)

Μπορεί επίσης να γραφτεί ως ,

P σύνολο =P1°(1-x2) + P2°x2

Ptotal =P1° + (P2°-P1°)x2.

Τα ακόλουθα συμπεράσματα μπορούν να εξαχθούν από την εξίσωση του νόμου του Raoult:

1. Η συνολική τάση ατμών ενός διαλύματος μπορεί να συσχετιστεί με το μοριακό κλάσμα οποιουδήποτε συστατικού.
2. Η συνολική τάση ατμών του διαλύματος ποικίλλει γραμμικά ανάλογα με το μοριακό κλάσμα του συστατικού 2 στο διάλυμα.
3. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η τάση ατμών των καθαρών συστατικών 1 στη συνολική τάση ατμών του διαλύματος θα μπορούσε να αυξηθεί ή να μειωθεί αυξάνοντας το μοριακό κλάσμα του συστατικού 1.

Συμπέρασμα 

Η τάση ατμών που σχετίζεται με το σημείο βρασμού και τη θερμότητα της εξάτμισης είναι ένα από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά που εφαρμόζονται στην προετοιμασία των τροφίμων.

Μια άλλη σημαντική εφαρμογή της πίεσης ατμών είναι μια χύτρα ταχύτητας όπου η συνολική πίεση του υγρού χρησιμοποιείται για το μαγείρεμα του φαγητού που εμφανίζεται στην καθημερινή μας ζωή.

Γνωρίζοντας την τάση ατμών κάθε υγρού, γνωρίζουμε πώς πρέπει να τα αποθηκεύουμε στα Εργαστήρια και πώς πρέπει να χρησιμοποιούνται κατάλληλα.

Τα παραπάνω ανέφεραν μερικές εφαρμογές της πίεσης ατμών όπου τις χρησιμοποιούμε στην καθημερινή μας ζωή και στο εργαστήριο.

Αυτό το άρθρο υπογραμμίζει τον ορισμό της πίεσης ατμών, πίεση κορεσμένων ατμών , η σχέση μεταξύ της πίεσης ατμών και του σημείου βρασμού και ο νόμος του Raoult.