Concept de pression de vapeur, exemples et exercices résolus

La la pression de vapeur C'est celui qui connaît la surface d'un liquide ou d'un solide, comme produit d'un équilibre thermodynamique de ses particules dans un système fermé. Un système fermé est compris par un récipient, un récipient ou une bouteille qui n'est pas exposé à l'air et à la pression atmosphérique.

Par conséquent, tout liquide ou solide dans un conteneur exerce sur eux-mêmes une pression de vapeur caractéristique de leur nature chimique. Une bouteille d'eau non ouverte est en équilibre avec une vapeur d'eau, qui "apisona" la surface du liquide et les murs internes de la bouteille.

Les boissons gazifiées illustrent le concept de pression de vapeur. Source: Pixabay.

Alors que la température reste constante, il n'y aura aucune variation de la quantité de vapeur d'eau présente dans la bouteille. Mais si elle augmente, un point arrivera où une pression sera créée qui peut tirer le couvercle; comme cela se produit lorsque vous essayez de remplir et de fermer délibérément une bouteille avec de l'eau bouillante.

Les boissons gazifiées, en revanche, sont un exemple plus évident (et sûr), donc la pression de vapeur est comprise. Lorsque vous les découvrez, l'équilibre gaz-liquide est interrompu à l'intérieur, la vapeur est libérée à l'extérieur dans un son similaire à une selle. Cela ne se produirait pas si votre pression de vapeur était inférieure ou méprisable.

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Concept de pression de vapeur

Pression de vapeur et forces intermoléculaires

Découvrir plusieurs boissons gazifiées, dans les mêmes conditions, offre une idée qualitative dont une plus grande pression de vapeur, selon l'intensité du son émis.

Une bouteille d'éther se comporterait également de la même manière; Pas si un d'huile, de miel, de sirop ou d'une tension de café moulu. Ils ne feraient aucun avis perceptible à moins qu'ils ne libèrent des gaz en raison de la décomposition.

C'est parce que leurs pressions de vapeur sont inférieures ou méprisables. Ce qui échappe à la bouteille, ce sont les molécules de phase gazeuse, qui doivent d'abord surmonter les forces qui les maintiennent "piégées" ou cohésives dans le liquide ou le solide; c'est-à-dire qu'ils doivent surmonter les forces ou interactions intermoléculaires exercées par les molécules de leur environnement.

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S'il n'y avait pas d'interactions, il n'y aurait même pas de liquide ou de solide à verrouiller à l'intérieur de la bouteille. Par conséquent, plus les interactions intermoléculaires sont faibles, plus il est probable que les molécules de l'abandon du liquide désordonné, ou l'ordre ou les structures amorphes du solide.

Cela s'applique non seulement aux substances pures ou aux composés, mais aussi aux mélanges, où les boissons et les liqueurs susmentionnés entrent. Ainsi, il est possible de prédire quelle bouteille aura une plus grande pression de vapeur en connaissant la composition de son contenu.

Évaporation et volatilité

Le liquide ou solide à l'intérieur de la bouteille, en supposant qu'il sera découvert, s'évaporera en continu; c'est-à-dire que les molécules de sa surface s'échappent à la phase gazeuse, qui sont dispersées dans l'air et ses courants. C'est pourquoi l'eau finit par s'évaporer complètement si la bouteille ne se ferme pas ou si le pot est couvert.

Mais la même chose ne se produit pas avec d'autres liquides, encore moins en ce qui concerne les solides. La pression de vapeur pour ce dernier est généralement si ridicule que des millions d'années sont peut-être nécessaires avant qu'une diminution de la taille ne soit perçue; en supposant qu'ils n'ont pas été oxydés, érodés ou décomposés pendant tout ce temps.

On dit ensuite qu'une substance ou un composé est volatile s'il s'évapore rapidement à température ambiante. Notez que la volatilité est un concept qualitatif: il n'est pas quantifié, mais est le produit de la comparaison de l'évaporation entre plusieurs liquides et solides. Ceux qui s'évaporent plus rapidement, seront considérés comme plus volatils.

D'un autre côté, la pression de vapeur est ménable, rassemblant en soi ce qui est compris comme l'évaporation, l'ébullition et la volatilité.

Équilibre thermodynamique

Les molécules de la phase gazeuse entrent en collision avec la surface du liquide ou du solide. Ce faisant, les forces intermoléculaires des autres molécules, plus condensées, peuvent les arrêter et les conserver, évitant ainsi à nouveau comme de la vapeur. Cependant, dans le processus, d'autres molécules de surface parviennent à s'échapper, devenant de la vapeur.

Si la bouteille est fermée, il y aura un moment où le nombre de molécules qui pénètrent dans le liquide ou le solide seront égaux à ceux qui les laissent. Nous avons un équilibre, qui dépend de la température. Si la température augmente ou diminue, la pression de vapeur changera.

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À une température plus élevée, plus la pression de la vapeur est élevée, car les molécules liquides ou solides auront plus d'énergie et pourront s'échapper plus facilement. Mais si la température reste constante, l'équilibre sera réétendu; c'est-à-dire que la pression de vapeur cessera d'augmenter.

Exemples de pression de vapeur

Supposons que tu as n-Butano, ch₃Ch₂Ch₂Ch₃, et dioxyde de carbone, CO₂, Dans deux conteneurs séparés. À 20 ºC, leurs pressions de vapeurs ont été mesurées. La pression de vapeur pour le n-Butano est d'environ 2,17 atm, tandis que le dioxyde de carbone est de 56,25 atm.

Les pressions de vapeur peuvent également être mesurées en unités de PA, Bar, Torr, MMHG et autres. Le CO₂ Il a une pression de vapeur presque 30 fois plus élevée que le n-Butane, donc à première vue, votre conteneur doit être plus résistant pour pouvoir le stocker; Et avoir des fissures, il tirera plus violemment.

Ce co₂ Il est dissous dans des boissons gazifiées, mais en quantités assez petites pour que lorsque les bouteilles ou les canettes n'explosent pas, mais un seul son se produit.

D'un autre côté, nous avons diététileter, ch₃Ch₂Och₂Ch₃ ou et₂Ou, dont la pression de vapeur à 20 ºC est de 0,49 atm. Un récipient de cet éther lors de la découverte ressemblera à celui d'un soda. Sa pression de vapeur est presque 5 fois inférieure à celle du n-butane, donc en théorie, il sera plus sûr de manipuler une bouteille de diétéléter qu'une bouteille de n-butane.

Exercices résolus

Exercice 1

Lequel des deux composés suivants devrait avoir une pression de vapeur supérieure à 25 ºC? Dietyléter ou alcool éthylique?

La formule structurelle du diéthyl est Cho₃Ch₂Och₂Ch₃, Et celui de l'alcool éthylique, Cho₃Ch₂Oh. En principe, le diéthyléter a une plus grande masse moléculaire, elle est plus grande, il pourrait donc être cru que sa pression de vapeur est plus faible car ses molécules sont plus lourdes. Cependant, l'inverse se produit: le diéthyle est plus volatile que l'alcool éthylique.

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C'est parce que les choles Cho₃Ch₂Oh, comme les Choons₃Ch₂Och₂Ch₃, Ils interagissent à travers les forces dipolo-dipolo. Mais contrairement au diéthyle, l'alcool éthylique est capable de former des ponts d'hydrogène, qui se caractérisent par des dipôles particulièrement forts et directionnels: CHO₃Ch₂Ho-hoch₂Ch₃.

Par conséquent, la pression de vapeur de l'alcool éthylique (0,098 atm) est inférieure à celle du diéthyle (0,684 atm) malgré le fait que ses molécules sont plus légères.

Exercice 2

Lequel des deux solides suivants est censé avoir la pression de vapeur la plus élevée à 25 ° C? Naphtalène ou iode?.

La molécule de naphtalène est bicicyclique, ayant deux anneaux aromatiques et un point d'ébullition de 218 ºC. L'iode en revanche est linéaire et homonucléaire, et₂ ou i-i, ayant un point d'ébullition de 184 ºC. Ces propriétés à elles seules placent de l'iode peut-être comme le solide avec la pression de vapeur la plus élevée (bouillir à une température plus basse).

Les deux molécules, celles du naphtalène et de l'iode, sont apolaires, donc elles interagissent par des forces dispersives de Londres.

Le naphtalène a une plus grande masse moléculaire que l'iode, et par conséquent, il est compréhensible de supposer que leurs molécules sont difficiles à abandonner le solide noir parfumé au goudron; tandis que pour l'iode, ils seront plus faciles à échapper aux cristaux violets foncés.

Selon les données tirées de Se publier, Les pressions de vapeur à 25 ºC pour le naphtalène et l'iode sont: 0,085 mmHg et 0,233 mmHg, respectivement. Par conséquent, l'iode a une pression de vapeur 3 fois supérieure à la naphtalène.

Les références

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chimie. (8e Ed.). Cengage Learning.
2. Vapeur de pression. Récupéré de: Chem.Purger.Édu
3. Wikipédia. (2019). Vapeur de pression. Récupéré de: dans.Wikipédia.org
4. Les éditeurs d'Enyclopaedia Britannica. (3 avril 2019). Pression de vapeur. Encyclopædia Britannica. Récupéré de: Britannica.com
5. Nichole Miller. (2019). Pression STEAM: Définition, équation et exemple. Étude. Récupéré de: étudier.com