증기압 으로, 액체 또는 고체의 표면에 발생 하나 폐쇄계에서 입자의 열역학적 평형 제품. 폐쇄 형 시스템은 공기 및 대기압에 노출되지 않는 용기, 용기 또는 병으로 이해됩니다.
따라서 용기의 모든 액체 또는 고체는 증기압 특성 및 화학적 특성의 특성을 스스로 발휘합니다. 개봉하지 않은 물병은 수증기와 평형을 이루며 액체의 표면과 병의 내벽을 "스탬핑"합니다.
탄산 음료는 증기압의 개념을 보여줍니다. 출처 : Pixabay.
온도가 일정하게 유지되는 한 병에있는 수증기의 양에는 변화가 없습니다. 그러나 그것이 증가하면 압력이 생성되어 뚜껑을 쏠 수있는 지점이 올 것입니다. 의도적으로 끓는 물로 병을 채우고 닫으려고 할 때 발생합니다.
반면 탄산 음료는 증기압이 무엇을 의미하는지에 대한보다 분명하고 안전한 예입니다. 가려지면 내부의 기액 균형이 중단되어 쉿하는 소리와 비슷한 소리로 증기가 외부로 방출됩니다. 증기압이 낮거나 무시할 수있는 경우에는 이런 일이 발생하지 않습니다.
증기압 개념
증기압과 분자간 힘
동일한 조건에서 여러 탄산 음료의 뚜껑을 풀면 방출되는 소리의 강도에 따라 더 높은 증기압을 갖는 음료에 대한 정성적인 아이디어를 얻을 수 있습니다.
에테르 한 병도 같은 방식으로 작동합니다. 기름, 꿀, 시럽, 원두 가루가 아닙니다. 분해에서 가스를 방출하지 않는 한 눈에 띄는 소음을 내지 않습니다.
이는 증기압이 낮거나 무시할 수 있기 때문입니다. 병에서 빠져 나가는 것은 기체 상태의 분자이며, 먼저 액체 또는 고체에 "갇히거나"응집력을 유지하는 힘을 극복해야합니다. 즉, 환경에서 분자가 가하는 분자간 힘 또는 상호 작용을 극복해야합니다.
그러한 상호 작용이 없었다면 병 안에 액체 나 고체가 들어갈 수 없을 것입니다. 따라서 분자 간 상호 작용이 약할수록 분자가 무질서한 액체 또는 고체의 질서 정연하거나 무정형 구조를 떠날 가능성이 높아집니다.
이것은 순수한 물질이나 화합물뿐만 아니라 이미 언급 한 음료와 증류주가 들어오는 혼합물에도 적용됩니다. 따라서 내용물의 구성을 알면 어떤 병이 더 높은 증기압을 가질 것인지 예측할 수 있습니다.
증발 및 휘발성
병 안의 액체 나 고체는 뚜껑이 닫혀 있지 않다고 가정하면 계속 증발합니다. 즉, 표면에있는 분자가 기체 상태로 빠져 나가 공기와 흐름에 분산됩니다. 그렇기 때문에 병을 닫지 않거나 냄비를 덮으면 물이 완전히 증발합니다.
그러나 다른 액체에서는 동일하지 않으며 고체에 관해서는 훨씬 적습니다. 후자의 증기압은 일반적으로 너무 우스꽝 스럽기 때문에 크기 감소가 감지되기까지 수백만 년이 걸릴 수 있습니다. 그동안 녹슬거나 침식되거나 분해되지 않았다고 가정합니다.
물질이나 화합물은 실온에서 빠르게 증발하면 휘발성이라고합니다. 휘발성은 정 성적 개념입니다. 정량화되지는 않지만 다양한 액체와 고체 간의 증발을 비교 한 결과입니다. 더 빨리 증발하는 것은 더 휘발성으로 간주됩니다.
반면에 증기압은 측정 가능하며 증발, 비등 및 휘발성으로 이해되는 것을 자체적으로 수집합니다.
열역학적 평형
기체 상태의 분자는 액체 또는 고체의 표면과 충돌합니다. 그렇게함으로써, 더 응축 된 다른 분자의 분자간 힘이 그들을 멈추고 붙잡아서 다시 증기로 빠져 나가는 것을 방지 할 수 있습니다. 그러나 그 과정에서 표면의 다른 분자가 빠져 나가 증기를 통합합니다.
병이 닫히면 액체 나 고체에 들어가는 분자의 수가 그것을 떠나는 분자의 수가 같아지는 때가 올 것입니다. 그래서 우리는 온도에 의존하는 평형을 가지고 있습니다. 온도가 증가하거나 감소하면 증기압이 변경됩니다.
온도가 높을수록 증기압이 높아집니다. 액체 또는 고체 분자가 더 많은 에너지를 갖고 더 쉽게 빠져 나갈 수 있기 때문입니다. 그러나 온도가 일정하게 유지되면 평형이 회복 될 것입니다. 즉, 증기압이 증가하지 않습니다.
증기압의 예
두 개의 개별 용기에 n-부탄, CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 및 이산화탄소 CO 2 가 있다고 가정합니다 . 20 ° C에서 증기압을 측정했습니다. n- 부탄의 증기압은 약 2.17 atm이고 이산화탄소의 증기압은 56.25 atm입니다.
증기압은 Pa, bar, torr, mmHg 등의 단위로 측정 할 수도 있습니다. CO 2는 매우 언뜻 용기를 저장할 수있어서 더 내성이어야 거의 30 배 높은 n- 부탄보다도 증기압; 균열이 있으면 주변에서 더 큰 폭력으로 촬영합니다.
이 CO 2 는 탄산 음료에 용해되어 있지만 충분히 적은 양으로 발견되어 병이나 캔을 빠져 나갈 때 폭발하지 않고 소리 만냅니다.
반면에 우리는 디 에틸 에테르, CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 또는 Et 2 O를 가지고 있으며, 20 ºC에서의 증기압은 0.49 atm입니다. 이 에테르가 담긴 용기는 뚜껑을 열지 않았을 때 탄산 음료와 비슷하게 들립니다. 증기압은 n- 부탄보다 거의 5 배 낮으므로 이론적으로는 n- 부탄 병보다 디 에틸 에테르 병을 취급하는 것이 더 안전합니다.
해결 된 운동
연습 1
다음 두 화합물 중 25 ° C 이상의 증기압을 가질 것으로 예상되는 화합물은 무엇입니까? 디 에틸 에테르 또는 에틸 알코올?
디 에틸 에테르의 구조식은 CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 이고 에틸 알코올의 구조식은 CH 3 CH 2 OH입니다. 원칙적으로 디 에틸 에테르는 분자량이 높고 크기가 크므로 분자가 무겁기 때문에 증기압이 낮다고 믿을 수 있습니다. 그러나 그 반대는 사실입니다. 디 에틸 에테르는 에틸 알코올보다 휘발성이 높습니다.
이는 CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 과 같은 CH 3 CH 2 OH 분자가 쌍극자-쌍극자 힘을 통해 상호 작용하기 때문입니다. 그러나 디 에틸 에테르와 달리 에틸 알코올은 수소 결합을 형성 할 수 있으며, 이는 특히 강하고 방향성 쌍극자 인 CH 3 CH 2 HO-HOCH 2 CH 3을 특징으로 합니다.
결과적으로 에틸 알코올의 증기압 (0.098 atm)은 분자가 더 가볍지 만 디 에틸 에테르 (0.684 atm)보다 낮습니다.
연습 2
다음 두 고체 중 25ºC에서 증기압이 가장 높은 것으로 생각되는 고체는 무엇입니까? 나프탈렌 또는 요오드?
나프탈렌 분자는 2 개의 방향족 고리와 218ºC의 끓는점을 갖는 바이 사이 클릭입니다. 요오드는 끓는점이 184ºC 인 선형이고 동핵 인 I 2 또는 II이다. 이러한 특성만으로 요오드는 증기압이 가장 높은 고체로 분류됩니다 (최저 온도에서 끓음).
나프탈렌과 요오드의 두 분자는 무극성이므로 런던 분산력을 통해 상호 작용합니다.
나프탈렌은 요오드보다 분자량이 높기 때문에 분자가 검은 색의 타르 향기로운 고체를 남기는 데 더 많은 시간이 걸린다고 가정 할 수 있습니다. 요오드의 경우 짙은 보라색 결정에서 벗어나는 것이 더 쉬울 것입니다.
Pubchem의 데이터에 따르면 25ºC에서 나프탈렌과 요오드의 증기압은 각각 0.085mmHg와 0.233mmHg입니다. 따라서 요오드는 나프탈렌보다 3 배 높은 증기압을 갖는다.
참고 문헌
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). 화학 (8 판). CENGAGE 학습.
- 증기압. 출처 : chem.purdue.edu
- Wikipedia. (2019). 증기압. 출처 : en.wikipedia.org
- 브리태니커 백과 사전 편집자. (2019 년 4 월 3 일). 증기압. 브리태니커 백과 사전. 출처 : britannica.com
- 니콜 밀러. (2019). 증기압 : 정의, 방정식 및 예. 연구. 출처 : study.com