Tekanan uap adalah salah satu yang mengalami permukaan cair atau padat, sebagai suatu produk dari kesetimbangan termodinamika dari partikel dalam sistem tertutup. Sistem tertutup dipahami sebagai wadah, wadah atau botol yang tidak terkena udara dan tekanan atmosfer.
Oleh karena itu, semua cairan atau padatan dalam wadah memberikan ciri-ciri tekanan uap dan ciri-ciri sifat kimianya sendiri. Sebotol air yang belum dibuka berada dalam kesetimbangan dengan uap air, yang “memadamkan” permukaan cairan dan dinding bagian dalam botol.
Minuman berkarbonasi menggambarkan konsep tekanan uap. Sumber: Pixabay.
Selama suhu tetap konstan, tidak akan ada variasi jumlah uap air yang ada di dalam botol. Tetapi jika meningkat, akan ada titik di mana tekanan akan meningkat sehingga dapat mengangkat tutupnya; seperti yang terjadi ketika Anda dengan sengaja mencoba mengisi dan menutup botol dengan air mendidih.
Minuman berkarbonasi, di sisi lain, adalah contoh yang lebih jelas (dan lebih aman) dari apa yang dimaksud dengan tekanan uap. Saat dibuka, keseimbangan gas-cair di dalam terganggu, melepaskan uap ke luar dengan suara yang mirip dengan desisan. Ini tidak akan terjadi jika tekanan uapnya lebih rendah atau dapat diabaikan.
Konsep tekanan uap
Tekanan uap dan gaya antarmolekul
Membuka tutup beberapa minuman berkarbonasi, dalam kondisi yang sama, menawarkan gambaran kualitatif tentang minuman mana yang memiliki tekanan uap lebih tinggi, tergantung pada intensitas suara yang dikeluarkan.
Sebotol eter juga akan berperilaku dengan cara yang sama; tidak begitu salah satu minyak, madu, sirup, atau tumpukan kopi bubuk. Mereka tidak akan membuat kebisingan yang nyata kecuali mereka melepaskan gas dari dekomposisi.
Ini karena tekanan uapnya lebih rendah atau dapat diabaikan. Apa yang keluar dari botol adalah molekul dalam fase gas, yang pertama-tama harus mengatasi gaya yang membuat mereka “terperangkap” atau kohesif dalam cairan atau padatan; yaitu, mereka harus mengatasi gaya antarmolekul atau interaksi yang diberikan oleh molekul di lingkungan mereka.
Jika tidak ada interaksi seperti itu, bahkan tidak akan ada cairan atau padatan untuk dimasukkan ke dalam botol. Oleh karena itu, semakin lemah interaksi antarmolekul, semakin besar kemungkinan molekul meninggalkan cairan yang berantakan, atau struktur padat atau amorf yang teratur.
Ini tidak hanya berlaku untuk zat atau senyawa murni, tetapi juga untuk campuran, di mana minuman dan minuman beralkohol yang telah disebutkan masuk. Dengan demikian, dimungkinkan untuk memprediksi botol mana yang memiliki tekanan uap lebih tinggi dengan mengetahui komposisi isinya.
Penguapan dan volatilitas
Cairan atau padatan di dalam botol, dengan asumsi botol tidak tertutup, akan terus menguap; yaitu, molekul-molekul di permukaannya lolos ke fase gas, yang tersebar di udara dan arusnya. Itulah sebabnya air akhirnya menguap sepenuhnya jika botolnya tidak ditutup atau pancinya ditutup.
Tetapi hal yang sama tidak terjadi dengan cairan lain, dan apalagi jika menyangkut padatan. Tekanan uap untuk yang terakhir biasanya sangat konyol sehingga mungkin diperlukan jutaan tahun sebelum penurunan ukuran dirasakan; dengan asumsi mereka tidak berkarat, terkikis, atau membusuk selama ini.
Suatu zat atau senyawa kemudian dikatakan mudah menguap jika menguap dengan cepat pada suhu kamar. Perhatikan bahwa volatilitas adalah konsep kualitatif: tidak diukur, tetapi merupakan produk dari membandingkan penguapan antara berbagai cairan dan padatan. Mereka yang menguap lebih cepat akan dianggap lebih mudah menguap.
Di sisi lain, tekanan uap dapat diukur, mengumpulkan dengan sendirinya apa yang dipahami dengan penguapan, pendidihan , dan volatilitas.
Kesetimbangan termodinamika
Molekul dalam fase gas bertabrakan dengan permukaan cairan atau padat. Dengan melakukan itu, gaya antarmolekul dari molekul lain yang lebih padat, dapat menghentikan dan menahannya, sehingga mencegahnya keluar lagi sebagai uap. Namun, dalam prosesnya, molekul lain di permukaan berhasil lolos, mengintegrasikan uap.
Jika botol ditutup, akan tiba saatnya jumlah molekul yang masuk ke dalam zat cair atau padat akan sama dengan jumlah molekul yang keluar. Oleh karena itu kita memiliki keseimbangan, yang tergantung pada suhu. Jika suhu naik atau turun, tekanan uap akan berubah.
Semakin tinggi suhu maka semakin tinggi pula tekanan uapnya, karena molekul zat cair atau padat akan memiliki energi yang lebih besar dan akan lebih mudah lepas. Tetapi jika suhu tetap konstan, keseimbangan akan terbentuk kembali; yaitu, tekanan uap akan berhenti meningkat.
Contoh tekanan uap
Misalkan Anda memiliki n -butana, CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 , dan karbon dioksida, CO 2 , dalam dua wadah terpisah. Pada 20 ° C, tekanan uapnya diukur. Tekanan uap n- butana sekitar 2,17 atm, sedangkan karbon dioksida 56,25 atm.
Tekanan uap juga dapat diukur dalam satuan Pa, bar, torr, mmHg, dan lain-lain. CO 2 memiliki tekanan uap hampir 30 kali lebih tinggi dari n- butana, sehingga sekilas wadahnya harus lebih tahan untuk dapat menyimpannya; dan jika ada retakan, ia akan menembak dengan kekerasan yang lebih besar di sekitarnya.
CO ini 2 ditemukan dilarutkan dalam minuman berkarbonasi, tapi dalam jumlah yang cukup kecil sehingga ketika melarikan diri botol atau kaleng tidak meledak, tetapi hanya menghasilkan suara.
Di sisi lain kita memiliki dietil eter, CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 atau Et 2 O, yang tekanan uapnya pada 20 C adalah 0,49 atm. Wadah eter ini ketika dibuka akan terdengar mirip dengan soda. Tekanan uapnya hampir 5 kali lebih rendah dari n- butana, jadi secara teori akan lebih aman untuk menangani sebotol dietil eter daripada sebotol n- butana.
Latihan yang diselesaikan
Latihan 1
Manakah dari dua senyawa berikut yang diharapkan memiliki tekanan uap lebih besar dari 25 ° C? Dietil eter atau etil alkohol?
Rumus struktur dietil eter adalah CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 , dan rumus struktur etil alkohol, CH 3 CH 2 OH. Pada prinsipnya dietil eter memiliki massa molekul yang lebih tinggi, lebih besar, sehingga dapat dipercaya bahwa tekanan uapnya lebih rendah karena molekulnya lebih berat. Namun, yang terjadi adalah sebaliknya: dietil eter lebih mudah menguap daripada etil alkohol.
Ini karena molekul CH 3 CH 2 OH, seperti CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 , berinteraksi melalui gaya dipol-dipol. Tetapi tidak seperti dietil eter, etil alkohol mampu membentuk ikatan hidrogen, yang dicirikan oleh dipol yang sangat kuat dan terarah: CH 3 CH 2 HO— HOCH 2 CH 3 .
Akibatnya, tekanan uap etil alkohol (0,098 atm) lebih rendah daripada dietil eter (0,684 atm) meskipun molekulnya lebih ringan.
Latihan 2
Manakah dari dua padatan berikut yang diyakini memiliki tekanan uap tertinggi pada 25ºC? Naftalena atau yodium?
Molekul naftalena adalah bisiklik, memiliki dua cincin aromatik, dan titik didih 218ºC . Yodium pada bagiannya linier dan homonuklear, I 2 atau II, memiliki titik didih 184 C. Sifat-sifat ini saja memberi peringkat yodium sebagai mungkin padatan dengan tekanan uap tertinggi (mendidih pada suhu terendah).
Kedua molekul, naftalena dan yodium, adalah apolar, sehingga mereka berinteraksi melalui gaya dispersi London.
Naftalena memiliki massa molekul yang lebih tinggi daripada yodium, dan oleh karena itu dapat dipahami untuk mengasumsikan bahwa molekulnya lebih sulit meninggalkan padatan hitam, harum, dan tertinggal; sedangkan untuk yodium akan lebih mudah lepas dari kristal ungu tua.
Menurut data yang diambil dari Pubchem , tekanan uap pada 25ºC untuk naftalena dan yodium masing-masing adalah: 0,085 mmHg dan 0,233 mmHg. Oleh karena itu, yodium memiliki tekanan uap 3 kali lebih tinggi dari naftalena.
Referensi
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia . (edisi ke-8). CENGAGE Belajar.
- Tekanan uap. Dipulihkan dari: chem.purdue.edu
- Wikipedia. (2019). Tekanan uap. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
- Redaktur Encyclopaedia Britannica. (03 April 2019). Tekanan uap. Encyclopædia Britannica. Dipulihkan dari: britannica.com
- Nichole Miller. (2019). Tekanan Uap: Pengertian, Persamaan & Contoh. Belajar. Diperoleh dari: study.com