ضغط البخار: المفهوم والأمثلة والتمارين التي تم حلها - كيمياء - 2026

و ضغط البخار هو الذي يواجه سطح سائلة أو صلبة، و على نتاج توازن الحرارية للجزيئات في نظام مغلق. يُفهم النظام المغلق على أنه وعاء أو حاوية أو زجاجة لا تتعرض للهواء والضغط الجوي.

لذلك ، فإن كل سائل أو صلب في حاوية تمارس على نفسها خاصية ضغط بخار وخصائص طبيعتها الكيميائية. زجاجة ماء غير مفتوحة تكون في حالة توازن مع بخار الماء ، الذي "يسد" سطح السائل والجدران الداخلية للزجاجة.

توضح المشروبات الغازية مفهوم ضغط البخار. المصدر: Pixabay.

طالما ظلت درجة الحرارة ثابتة ، فلن يكون هناك اختلاف في كمية بخار الماء الموجود في الزجاجة. ولكن إذا زاد ، فستأتي نقطة يتم فيها إنشاء ضغط بحيث يمكنه رفع الغطاء ؛ كما يحدث عندما تحاول عمدًا ملء زجاجة بالماء المغلي وإغلاقها.

من ناحية أخرى ، تعد المشروبات الغازية مثالًا أكثر وضوحًا (وأكثر أمانًا) لما يعنيه ضغط البخار. عند الكشف عنها ، ينقطع توازن الغاز والسائل بالداخل ، مما يؤدي إلى إطلاق البخار إلى الخارج بصوت مشابه للصفير. لن يحدث هذا إذا كان ضغط البخار أقل أو لا يكاد يذكر.

مفهوم ضغط البخار

ضغط البخار والقوى بين الجزيئات

إن فك العديد من المشروبات الغازية ، في ظل نفس الظروف ، يقدم فكرة نوعية عن تلك التي لديها ضغط بخار أعلى ، اعتمادًا على شدة الصوت المنبعث.

زجاجة من الأثير تتصرف بنفس الطريقة أيضًا ؛ ليس زيت أو عسل أو شراب أو كومة من البن المطحون. لن تصدر أي ضوضاء ملحوظة ما لم تطلق غازات من التحلل.

هذا لأن ضغط بخارهم أقل أو لا يكاد يذكر. ما يخرج من الزجاجة هو جزيئات في الطور الغازي ، والتي يجب أن تتغلب أولاً على القوى التي تبقيها "محاصرة" أو متماسكة في السائل أو الصلب ؛ بمعنى ، يجب عليهم التغلب على القوى بين الجزيئات أو التفاعلات التي تمارسها الجزيئات في بيئتهم.

إذا لم تكن هناك مثل هذه التفاعلات ، فلن يكون هناك سائل أو صلب يحيط بالزجاجة. لذلك ، كلما كانت التفاعلات بين الجزيئات أضعف ، زاد احتمال أن تترك الجزيئات السائل المختل ، أو الهياكل المنظمة أو غير المتبلورة للمادة الصلبة.

هذا لا ينطبق فقط على المواد أو المركبات النقية ، ولكن أيضًا على المخاليط ، حيث تأتي المشروبات والمشروبات الروحية التي سبق ذكرها. وبالتالي ، من الممكن التنبؤ بالزجاجة التي سيكون لها ضغط بخار أعلى مع معرفة تكوين محتواها.

التبخر والتقلب

السائل أو الصلب داخل الزجاجة ، بافتراض أنه غير مغطى ، سوف يتبخر باستمرار ؛ أي أن الجزيئات الموجودة على سطحه تهرب إلى الطور الغازي ، والتي تنتشر في الهواء وتياراته. هذا هو سبب تبخر الماء تمامًا إذا لم تكن الزجاجة مغلقة أو الإناء مغطى.

لكن الشيء نفسه لا يحدث مع السوائل الأخرى ، وأقل من ذلك عندما يتعلق الأمر بالمواد الصلبة. ضغط البخار لهذا الأخير عادة ما يكون سخيفًا لدرجة أنه قد يستغرق ملايين السنين قبل أن يتم إدراك انخفاض في الحجم ؛ بافتراض أنها لم تصدأ أو تتآكل أو تتحلل طوال ذلك الوقت.

ثم يقال إن المادة أو المركب متطاير إذا تبخر بسرعة في درجة حرارة الغرفة. لاحظ أن التقلب مفهوم نوعي: فهو غير محدد كميًا ، ولكنه ناتج عن مقارنة التبخر بين السوائل والمواد الصلبة المختلفة. تلك التي تتبخر بشكل أسرع ستُعتبر أكثر تقلبًا.

من ناحية أخرى ، فإن ضغط البخار قابل للقياس ، ويجمع في حد ذاته ما يُفهم من التبخر والغليان والتقلب.

التوازن الديناميكي الحراري

تصطدم الجزيئات في الطور الغازي بسطح السائل أو الصلب. عند القيام بذلك ، يمكن للقوى الجزيئية للجزيئات الأخرى الأكثر تكثيفًا إيقافها والاحتفاظ بها ، وبالتالي منعها من الهروب مرة أخرى كبخار. ومع ذلك ، في هذه العملية ، تمكنت الجزيئات الأخرى الموجودة على السطح من الهروب ، ودمج البخار.

إذا كانت الزجاجة مغلقة ، سيأتي وقت يكون فيه عدد الجزيئات التي تدخل السائل أو الصلب مساويًا لتلك التي تتركها. إذن لدينا توازن يعتمد على درجة الحرارة. إذا زادت درجة الحرارة أو انخفضت ، سيتغير ضغط البخار.

كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زاد ضغط البخار ، لأن جزيئات السائل أو الصلب سيكون لها طاقة أكبر ويمكنها الهروب بسهولة أكبر. ولكن إذا ظلت درجة الحرارة ثابتة ، فسيتم إعادة التوازن ؛ أي أن ضغط البخار سيتوقف عن الزيادة.

أمثلة على ضغط البخار

افترض أن لديك n -butane و CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₃ وثاني أكسيد الكربون CO ₂ في عبوتين منفصلتين. عند 20 درجة مئوية ، تم قياس ضغط بخارهم. يبلغ ضغط بخار n- بيوتان حوالي 2.17 ضغط جوي ، بينما يبلغ ضغط بخار ثاني أكسيد الكربون 56.25 ضغط جوي.

يمكن أيضًا قياس ضغط البخار بوحدات Pa و bar و torr و mmHg وغيرها. CO ₂ لديه ضغط بخار أعلى ما يقرب من 30 مرات من ن البوتان، وذلك للوهلة الأولى يجب أن تكون الحاوية الخاصة به أكثر مقاومة لتكون قادرة على تخزينه. وإذا كانت بها شقوق ، فسوف تطلق بعنف أكبر حول المناطق المحيطة.

هذا CO ₂ وجدت المذاب في المشروبات الغازية، ولكن بكميات كافية صغيرة بحيث زجاجات أو علب لا تنفجر عندما الهرب، ولكن تنتج سوى صوت.

من ناحية أخرى ، لدينا ثنائي إيثيل إيثر ، CH ₃ CH ₂ OCH ₂ CH ₃ أو Et ₂ O ، الذي يكون ضغط بخاره عند 20 درجة مئوية هو 0.49 ضغط جوي. ستبدو حاوية هذا الأثير مشابهة لحاوية الصودا عند الكشف عنها. ضغط بخاره أقل بخمس مرات من ضغط ن-بوتان ، لذلك من الناحية النظرية سيكون من الآمن التعامل مع زجاجة من ثنائي إيثيل إيثر من زجاجة ن-بوتان.

تمارين محلولة

التمرين 1

أي من المركبين التاليين يُتوقع أن يكون ضغط البخار فيه أكبر من 25 درجة مئوية؟ إيثيل الأثير أم الكحول الإيثيلي؟

الصيغة البنائية لثنائي إيثيل إيثر هي CH ₃ CH ₂ OCH ₂ CH ₃ ، وصيغة كحول الإيثيل ، CH ₃ CH ₂ OH. من حيث المبدأ ، فإن ثنائي إيثيل الإيثر له كتلة جزيئية أعلى ، وهو أكبر ، لذلك يمكن الاعتقاد بأن ضغط بخاره أقل لأن جزيئاته أثقل. ومع ذلك ، فإن العكس هو الصحيح: إيثيل الإيثر أكثر تطايرًا من الكحول الإيثيلي.

هذا لأن جزيئات CH ₃ CH ₂ OH ، مثل CH ₃ CH ₂ OCH ₂ CH ₃ ، تتفاعل من خلال قوى ثنائية القطب. ولكن على عكس إيثيل الإيثر ، فإن كحول الإيثيل قادر على تكوين روابط هيدروجينية ، والتي تتميز بكونها قوية بشكل خاص وثنائيات أقطاب اتجاهية: CH ₃ CH ₂ HO-HOCH ₂ CH ₃.

وبالتالي ، فإن ضغط بخار كحول الإيثيل (0.098 ضغط جوي) أقل من ضغط ثنائي إيثيل إيثر (0.684 ضغط جوي) على الرغم من جزيئاته الأخف.

تمرين 2

أي من المادتين الصلبتين التاليتين يُعتقد أن لهما أعلى ضغط بخار عند 25 درجة مئوية؟ النفثالين أم اليود؟

جزيء النفثالين ثنائي الحلقات ، له حلقتان عطريتان ، ودرجة غليانه 218 درجة مئوية. من جانبه ، اليود خطي ومتماثل النواة ، I ₂ أو II ، ودرجة غليانه 184 درجة مئوية. هذه الخصائص وحدها تصنف اليود على أنه المادة الصلبة التي لديها أعلى ضغط بخار (يغلي عند أدنى درجة حرارة).

كلا الجزيئين ، جزيء النفثالين واليود ، هما قطبان ، لذا يتفاعلان من خلال قوى تشتت لندن.

يحتوي النفثالين على كتلة جزيئية أعلى من اليود ، وبالتالي من المفهوم أن نفترض أن جزيئاته تواجه صعوبة في ترك المادة الصلبة ذات الرائحة القطنية السوداء ؛ بينما بالنسبة لليود سيكون من الأسهل الهروب من البلورات الأرجواني الداكن.

وفقًا للبيانات المأخوذة من Pubchem ، فإن ضغط البخار عند 25 درجة مئوية للنفتالين واليود هي: 0.085 مم زئبق و 0.233 مم زئبق على التوالي. لذلك ، يحتوي اليود على ضغط بخار أعلى بثلاث مرات من النفثالين.

المراجع

1. ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). كيمياء (الطبعة الثامنة). سينجاج ليرنينج.
2. ضغط البخار. تم الاسترجاع من: chem.purdue.edu
3. ويكيبيديا. (2019). ضغط البخار. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
4. محررو Encyclopaedia Britannica. (03 أبريل 2019). ضغط البخار. Encyclopædia Britannica. تم الاسترجاع من: britannica.com
5. نيكول ميلر. (2019). ضغط البخار: التعريف والمعادلة والأمثلة. دراسة. تم الاسترجاع من: study.com