的蒸气压是一个经历的液体或固体的表面上,作为一个颗粒在一封闭的系统中的热力学平衡的产品。封闭系统应理解为不暴露于空气和大气压下的容器,容器或瓶子。
因此,容器中的所有液体或固体都对其自身施加蒸气压特性及其化学性质的特性。未打开的水瓶与水蒸气处于平衡状态,水蒸气会“夯实”液体的表面和瓶子的内壁。
碳酸饮料说明了蒸气压的概念。资料来源:
只要温度保持恒定,瓶中存在的水蒸气量就不会变化。但是,如果压力增加,则会产生压力,使压力弹起。当您刻意尝试用开水填充和关闭瓶子时会发生这种情况。
另一方面,碳酸饮料是蒸气压的一个更明显(更安全)的例子。当被发现时,内部的气液平衡被中断,以类似于嘶嘶声的声音将蒸气释放到外部。如果其蒸气压较低或可忽略不计,则不会发生这种情况。
蒸气压概念
蒸气压和分子间力
在相同条件下解开几种碳酸饮料的上限,可以定性地确定哪种碳酸饮料的蒸气压更高,具体取决于发出的声音的强度。
一瓶乙醚也会有同样的行为。并不是油,蜂蜜,糖浆或大量研磨咖啡中的一种。除非它们从分解中释放出气体,否则它们不会发出任何明显的噪音。
这是因为它们的蒸气压较低或可以忽略不计。从瓶中逸出的是气相中的分子,它们必须首先克服使它们“陷于”或凝聚在液体或固体中的力;也就是说,它们必须克服分子在其环境中施加的分子间作用力或相互作用。
如果没有这种相互作用,则甚至没有液体或固体封闭在瓶内。因此,分子间的相互作用越弱,分子越有可能离开无序的液体或固体的有序或无定形结构。
这不仅适用于纯净的物质或化合物,而且适用于已经提到的饮料和烈酒进入的混合物。因此,可以在知道其内容物的情况下预测哪个瓶子将具有更高的蒸气压。
蒸发和挥发性
假设未打开瓶盖,则瓶内的液体或固体将不断蒸发。也就是说,表面上的分子逃逸成气相,并分散在空气和气流中。这就是为什么如果不关闭瓶盖或盖好锅盖,水最终会完全蒸发的原因。
但是其他液体则不会发生这种情况,固体情况则少得多。后者的蒸汽压通常非常可笑,可能需要数百万年才能看到尺寸减小。假设它们一直没有生锈,腐蚀或分解。
如果物质或化合物在室温下迅速蒸发,则称其为挥发性的。请注意,挥发性是一个定性概念:它不是量化的,而是比较各种液体和固体之间蒸发的产物。那些蒸发得更快的将被认为更具挥发性。
另一方面,蒸气压是可测量的,其自身收集了通过蒸发,沸腾和挥发性所理解的东西。
热力学平衡
气相中的分子与液体或固体的表面碰撞。这样做时,另一个更冷凝的分子的分子间作用力可以阻止并保持它们,从而防止它们再次以蒸气形式逸出。但是,在此过程中,表面上的其他分子设法逃逸,使蒸气聚集在一起。
如果瓶子是密闭的,那么进入液体或固体的分子数量将等于离开液体或固体的分子数量。所以我们有一个平衡,取决于温度。如果温度升高或降低,蒸气压将发生变化。
温度越高,蒸气压越高,因为液体或固体分子将具有更多的能量,并且更容易逸出。但是,如果温度保持恒定,则会重新建立平衡。即,蒸气压将停止增加。
蒸气压示例
假设您在两个单独的容器中有正丁烷CH 3 CH 2 CH 2 CH 3和二氧化碳CO 2。在20℃下,测量它们的蒸气压。正丁烷的蒸气压约为2.17atm,而二氧化碳的蒸气压为56.25atm。
蒸气压也可以以Pa,bar,torr,mmHg等单位测量。CO 2的蒸气压几乎是正丁烷的蒸气压的30倍,因此乍一看它的容器必须具有更高的抵抗力才能存储它。如果有裂缝,它将以更大的暴力射击周围环境。
发现该CO 2溶解在碳酸饮料中,但含量足够低,因此,逸出的瓶子或罐子不会爆炸,而只会发出声音。
另一方面,我们有乙醚,CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3或Et 2 O,其在20℃的蒸气压为0.49 atm。当发现这种醚的容器时,听起来像是苏打水。它的蒸气压几乎是正丁烷的蒸气压的5倍,因此从理论上讲,一瓶乙醚比一瓶正丁烷更安全。
解决的练习
练习1
预期以下两种化合物中的哪一种的蒸气压大于25°C?二乙醚或乙醇?
乙醚的结构式为CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3,乙醇的结构式为CH 3 CH 2 OH。原则上,乙醚具有较高的分子量,较大的分子量,因此可以认为其蒸汽压较低,因为其分子较重。但是,情况恰恰相反:乙醚比乙醇的挥发性更大。
这是因为CH 3 CH 2 OH 分子像CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3一样通过偶极-偶极力相互作用。但是与乙醚不同的是,乙醇能够形成氢键,其特征在于具有特别强的定向偶极子:CH 3 CH 2 HO-HOCH 2 CH 3。
因此,尽管乙醇(0.098 atm)的分子较轻,但其蒸汽压却比乙醚(0.684 atm)的蒸汽压低。
练习2
人们认为以下两种固体中的哪一种在25ºC时具有最高的蒸气压?萘或碘?
萘分子是双环的,具有两个芳香环,沸点为218ºC。就碘而言,它是线性和同核的I 2或II,沸点为184℃。仅这些性质就将碘列为蒸气压最高的固体(它在最低温度下沸腾)。
萘和碘这两个分子都是非极性的,因此它们通过伦敦的分散力相互作用。
萘比碘具有更高的分子量,因此可以假设萘的分子很难离开黑色,淡淡的焦油状固体,这是可以理解的。而对于碘,则更容易逃脱深紫色结晶。
根据来自Pubchem的数据,萘和碘在25ºC的蒸气压分别为:0.085 mmHg和0.233 mmHg。因此,碘的蒸气压是萘的3倍。
参考文献
- 惠特顿,戴维斯,佩克和斯坦利。(2008)。化学 (第8版)。圣智学习。
- 蒸汽压力。从以下地址恢复:chem.purdue.edu
- 维基百科。(2019)。蒸汽压力。从以下位置恢复:en.wikipedia.org
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