Gaz Basıncı

Kapalı bir kapta bir sıvı buharlaştığında, gaz molekülleri kaçamaz. Bu gaz fazı molekülleri rastgele hareket ettikçe, zaman zaman yoğunlaşmış fazın yüzeyiyle çarpışacaklar ve bazı durumlarda bu çarpışmalar, moleküllerin yoğunlaşmış faza yeniden girmesine neden olacaktır. Gaz fazından sıvıya geçiş, yoğunlaşma olarak adlandırılır. Yoğuşma hızı buharlaşma hızına eşit olduğunda, kaptaki sıvı miktarı ve buhar miktarı değişmez. Kaptaki buharın daha sonra sıvı ile denge içinde olduğu söylenir. Moleküller sürekli olarak yoğunlaşmış ve gaz halindeki fazlar arasında değiş tokuş edildiğinden, bunun statik bir durum olmadığını unutmayın. Karşılıklı süreçlerin (örneğin, buharlaşma ve yoğunlaşma) eşit oranlarda gerçekleştiği bir sistemin durumu olan dinamik dengenin bir örneği budur.

Belirli bir sıcaklıkta kapalı bir kapta bir sıvı ile dengede bulunan buharın uyguladığı basınca, sıvının buhar basıncı (veya denge buhar basıncı) denir. Bir buharla temas halindeki sıvının yüzeyinin alanı ve kabın boyutu, dengeye ulaşmak için gereken süreyi etkilemelerine rağmen, buhar basıncı üzerinde hiçbir etkiye sahip değildir. Bir sıvıdaki moleküllerin kimyasal kimlikleri, olası moleküller arası çekimlerin türlerini (ve güçlerini) belirler; sonuç olarak, farklı maddeler farklı denge buhar basınçları sergileyecektir. Nispeten güçlü moleküller arası çekici kuvvetler, buharlaşmayı engellemenin yanı sıra, gaz fazı moleküllerinin sıvı yüzeyle çarpıştıklarında “yeniden yakalanmasını” destekleyerek nispeten düşük bir buhar basıncına neden olur. Zayıf moleküller arası çekimler, buharlaşmaya karşı daha az bariyer sağlar ve gazın yeniden yakalanma olasılığını düşürerek nispeten yüksek buhar basınçları sağlar.

Dört bileşik düşünün: etanol (CH₃CH₂OH), etilen glikol (C₂H₆O₂), dietil eter (C₄H₁₀O), ve su (H₂O).

Dietil eterin çok küçük bir dipolü vardır ve moleküller arası çekimlerinin çoğu London dispersiyon kuvvetleridir. Bu molekül, söz konusu dört molekülden en büyüğü olmasına rağmen, IMF’leri en zayıf olanıdır ve sonuç olarak molekülleri sıvıdan en kolay şekilde kaçar. Aynı zamanda en yüksek buhar basıncına sahiptir. Daha küçük boyutundan dolayı etanol, dietil etere göre daha zayıf dispersiyon kuvvetleri sergiler. Bununla birlikte, etanol, hidrojen bağlayabilir ve bu nedenle, daha güçlü toplam IMF’ler sergiler; bu, herhangi bir sıcaklıkta sıvıdan daha az molekülün kaçtığı ve bu nedenle etanolün, dietil eterden daha düşük bir buhar basıncına sahip olduğu anlamına gelir. Su, önceki maddelerden çok daha küçüktür ve daha zayıf dispersiyon kuvvetleri sergiler, ancak kapsamlı hidrojen bağı, daha güçlü moleküller arası çekimler, sıvıdan kaçan daha az molekül ve dietil eter veya etanolden daha düşük bir buhar basıncı sağlar. Etilen glikolün iki −OH grubu vardır, bu nedenle su gibi yoğun hidrojen bağı sergiler. Sudan çok daha büyüktür ve bu nedenle daha büyük London gücüne maruz kalır. Genel IMF’leri bu dört maddenin en büyüğüdür, bu da buharlaşma oranının en yavaş olacağı ve dolayısıyla buhar basıncının en düşük olacağı anlamına gelir.

Sıcaklık arttıkça, moleküllerinin artan ortalama KE’si nedeniyle bir sıvının buhar basıncı da artar. Herhangi bir sıcaklıkta, bir maddenin moleküllerinin, IMF’nin üstesinden gelmek ve sıvıdan kaçmak (buharlaşmak) için yeterli enerjiye sahip belirli bir molekül fraksiyonu ile bir dizi kinetik enerji deneyimlediğini hatırlayın. Daha yüksek bir sıcaklıkta, moleküllerin daha büyük bir bölümü sıvıdan kaçmak için yeterli enerjiye sahiptir. Birim zamanda daha fazla molekülün kaçışı ve kaçan moleküllerin daha yüksek ortalama hızı, daha yüksek buhar basıncına katkıda bulunur.

Buhar basıncı, dış atmosfer basıncına eşit olacak kadar arttığında, sıvı kaynama noktasına ulaşır. Bir sıvının kaynama noktası, denge buhar basıncının gazlı çevresi tarafından sıvı üzerine uygulanan basınca eşit olduğu sıcaklıktır. Açık kaplardaki sıvılar için bu basınç, dünyanın atmosferinden kaynaklanmaktadır. Bir sıvının normal kaynama noktası, çevredeki basınç 1 atm’ye (101,3 kPa) eşit olduğunda kaynama noktası olarak tanımlanır. 1 atm’den büyük basınçlarda sıvının kaynama noktası normal kaynama noktasından yüksektir.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır:Openstax, Chemistry 2e, Section 10.3: Phase Transitions.