Differenza tra pressione parziale e pressione del vapore

Pressione parziale e pressione del vapore sono termini scientifici comunemente usati in relazione alla quantità di pressione esercitata dai componenti del sistema, ma la loro identità può confondere gli altri. C'è una chiara distinzione tra questi termini inclusi i loro effetti e identità. Questo articolo approfondirà le differenze tra questi termini. Includerà anche alcuni esempi per demistificare le relative applicazioni.

Iniziamo evidenziando il concetto di pressione prima di addentrarci nella distinzione tra vapore e pressione parziale. La pressione è definita scientificamente come la forza applicata per unità di area su un oggetto o una sostanza. Può anche essere definita come la forza applicata dalle particelle in collisione l'una sull'altra ed è spesso misurata usando Pascal. In caso di collisione di particelle, l'equazione del gas e la teoria cinetica dei gas vengono utilizzate per calcolare la pressione.

Cos'è la pressione del vapore?

La pressione del vapore può essere applicata a fasi liquide o solide. È la pressione esercitata dal vapore nel suo equilibrio termodinamico sul suo stato liquido o solido ad una data temperatura in un sistema chiuso quando sia il vapore che il liquido (solido) sono in contatto. Questa pressione nasce come risultato della vaporizzazione, che è resa possibile da un aumento di calore sul solido o sul liquido. Quindi la temperatura viene utilizzata come misura della vaporizzazione ed è direttamente proporzionale alla pressione del vapore. Ciò significa che più alta è la temperatura più alta è la pressione del vapore.

Durante la vaporizzazione, le molecole d'aria fuoriescono a causa della maggiore energia cinetica verso l'aria in un sistema chiuso. Poi quando in equilibrio, la pressione del vapore si alza tra il vapore e la sua forma condensata di liquido (solido). Nelle soluzioni in cui le forze intermolecolari sono più deboli, la tensione di vapore tende ad essere maggiore e, viceversa, in soluzioni in cui le forze intermolecolari sono più forti, la tensione di vapore è inferiore.

La tensione di vapore può anche verificarsi in miscele ideali come spiegato dalla legge di Raoult. Essa afferma che la pressione parziale di vapore di un particolare componente in una miscela liquida o solida è uguale alla pressione di vapore di tale componente moltiplicata per la sua frazione molare in quella miscela ad una data temperatura. L'esempio qui sotto lo dimostrerà.

Esempio 1.

Data una miscela ideale di 0,5 mol. etanolo e 1,5 mol. il metanolo con la pressione di vapore di 30KPa e 52KPa, rispettivamente, determina la pressione parziale di vapore di ciascun componente.

Soluzione:

Il numero totale di moli è 1.5mol + 0.5mol = 2.0mol. Secondo la legge di Raoult, la pressione parziale di vapore è uguale alla pressione di vapore moltiplicata per la frazione molare di quel particolare componente. In questo caso, il P_metanolo = 1,5 / 2 * 52 = 39KPa e P_etanolo = 0,5 / 2 * 30 = 7,5KPa.

Quando si hanno le pressioni di vapore parziali dei componenti nella miscela, è possibile ottenere la pressione di vapore totale sommandoli insieme. A questo proposito, 7.5 + 39 fornisce una pressione di vapore totale di 46.5KPa della miscela di soluzioni di etanolo e metanolo.

Fattori che influenzano la pressione del vapore

Identità delle molecole

Come già menzionato sopra, i tipi di forze molecolari determinano la quantità di tensione di vapore da esercitare. Se le forze sono più forti, allora emerge una minore pressione di vapore, e se più debole, aumenta la pressione del vapore. Pertanto, la composizione del liquido o del solido influenzerà la pressione del vapore.

Temperatura

Una temperatura più elevata porta a una maggiore pressione di vapore perché attiva più energia cinetica per rompere le forze molecolari in modo che le molecole possano sfuggire rapidamente alla superficie del liquido. Quando la pressione del vapore (pressione del vapore saturo) è uguale alla pressione esterna (pressione atmosferica), il liquido inizierà a bollire. Una bassa temperatura risulterà con una bassa pressione di vapore e ci vorrà del tempo prima che il liquido bolle.

La legge di Dalton delle pressioni parziali

Qual è la pressione parziale?

L'idea di una pressione parziale fu proposta per la prima volta dal famoso scienziato John Dalton. Ha dato vita alla sua legge delle pressioni parziali che afferma che la pressione totale esercitata da una miscela ideale di gas è pari alla somma delle pressioni parziali dei singoli gas. Supponiamo che un particolare contenitore sia riempito con gas idrogeno, azoto e ossigeno, la pressione totale, P_TOTALE, sarà uguale alla somma di ossigeno, azoto e idrogeno. La pressione parziale di qualsiasi gas in quella miscela viene calcolata moltiplicando la pressione totale per la frazione molare del singolo gas.

In breve, la pressione parziale è la pressione esercitata da un particolare gas nella miscela come se agisse da sola nel sistema. Così ignori gli altri gas quando determini la pressione parziale di un singolo gas. Questa teoria può essere verificata iniettando, per esempio, 0,6 atm di O₂ in un contenitore da 10,0 L a 230 K e quindi iniettando 0,4 atm N₂ in un contenitore identico della stessa dimensione alla stessa temperatura, e quindi alla fine combinare i gas per misurare la pressione totale; sarà la somma dei due gas. Questo spiega chiaramente la pressione parziale di un singolo gas in una miscela di gas non reattivi.

Calcolo della pressione parziale

Calcolare la pressione parziale è una brezza assoluta poiché la legge di Dalton [1] fornisce disposizioni a tale riguardo. Dipenderà dalle informazioni tipiche fornite. Se, ad esempio, viene fornita la pressione totale per una miscela di gas A e B oltre alla pressione del gas A, la pressione parziale di B può essere calcolata utilizzando P_TOTALE = P_UN + P_B. Il resto sono manipolazioni algebriche. Ma in un caso in cui è stata fornita solo la pressione totale della miscela, è possibile utilizzare la frazione molare del gas B per determinare la pressione parziale. La frazione molare, indicata con X, può essere trovata dividendo le moli del gas B per le moli totali della miscela gassosa. Quindi per trovare la pressione parziale, moltiplichi la frazione molare, X, per la pressione totale. L'esempio qui sotto lo elabora.

Esempio 2.

Una miscela di azoto e ossigeno, con 2,5 moli e 1,85 moli, rispettivamente, viene iniettata in un contenitore da 20,0 l con una pressione totale di 4 atm; calcolare la pressione parziale esercitata dal gas di ossigeno.

Soluzione:

Il numero totale di moli nella miscela è 2,5 + 1,85 = 4,35 moli. Quindi la frazione molare di Oxygen, X_o, saranno 1.85 moli / 4.35 moli = 0,425 moli. La pressione parziale di ossigeno sarà 0,425 * 4 atm = 1,7atm. La pressione parziale del gas residuo può essere calcolata seguendo lo stesso approccio o può essere calcolata utilizzando il gas di ossigeno e la pressione totale come elaborato dalla legge di Dalton sulle pressioni parziali che la pressione totale dei gas non reattivi è uguale alla somma di le pressioni parziali.

Differenza tra vapore e pressione parziale

Dalle spiegazioni precedenti, è evidente che la pressione del vapore e la pressione parziale sono due pressioni distinte. La pressione del vapore si applica sulle fasi liquide e solide mentre la pressione parziale si applica alla fase gassosa. La tensione di vapore viene esercitata nella transizione di fase dopo che alla soluzione è stato aggiunto sufficiente calore, portando così le sue molecole a fuoriuscire in un sistema chiuso.

La differenza principale tra pressione parziale e pressione di vapore è che la pressione parziale è la pressione esercitata da un singolo gas in una miscela come se fosse da sola in quel sistema, mentre la pressione di vapore si riferisce alla pressione esercitata dal vapore nel suo equilibrio termodinamico con il suo stato condensato di liquido o solido. La tabella seguente fornisce un confronto sintetico di queste pressioni.

Pressione del vapore	Pressione parziale
È esercitato dal vapore liquido o solido sulla sua fase condensata in equilibrio	Viene esercitato dai singoli gas in una miscela di gas non reattiva
Ben spiegato dalla legge di Raoult	Ben spiegato dalla legge di Dalton
Applicabile in fasi solide e liquide	Applicabile solo nelle fasi gassose
Indipendente dalla superficie o dal volume del sistema	Calcolato usando i gas nello stesso volume
Calcolato usando la frazione molare del soluto	Calcolato utilizzando la frazione molare del gas

Incartare!

La pressione del vapore e la pressione parziale sono due termini scientifici importanti usati per determinare gli effetti delle forze applicate dal vapore e dai gas, rispettivamente, in un dato sistema chiuso a particolari temperature. La loro principale differenza è l'area di applicazione con la pressione del vapore applicata su fasi liquide o solide, mentre la pressione parziale viene applicata su un singolo gas in una miscela di gas ideali in un dato volume.

La pressione parziale viene calcolata facilmente seguendo la legge di Dalton delle pressioni parziali, mentre la pressione del vapore viene calcolata applicando la legge di Raoult. In ogni miscela data, ogni componente del gas esercita la propria pressione, che è chiamata pressione parziale indipendente da altri gas. E quando raddoppi le moli di qualsiasi componente con la temperatura che rimane costante, aumenterai la pressione parziale. Secondo la relazione Clausius-Clapeyron [2], la pressione del vapore aumenta all'aumentare della temperatura.

Con le informazioni di cui sopra, dovresti essere in grado di distinguere tra pressione del vapore e pressione parziale. Dovresti anche essere in grado di calcolarli usando le frazioni molari e moltiplicando per la pressione totale. Vi abbiamo fornito esempi tipici per elaborare l'applicazione di queste pressioni.