Verschil tussen gedeeltelijke druk en dampdruk

Gedeeltelijke druk en dampdruk zijn veel gebruikte wetenschappelijke termen met betrekking tot de hoeveelheid druk die wordt uitgeoefend door systeemcomponenten, maar hun identiteit kan verwarrend zijn voor anderen. Er is een duidelijk onderscheid tussen deze voorwaarden, inclusief hun effecten en identiteit. Dit artikel gaat dieper in op de verschillen tussen deze termen. Het bevat ook enkele voorbeelden om de toepassingen ervan te demystificeren.

Laten we beginnen met het benadrukken van het begrip druk voordat we ons kunnen verdiepen in het onderscheid tussen damp en partiële druk. Druk wordt wetenschappelijk gedefinieerd als de kracht die per oppervlakte-eenheid op een voorwerp of substantie wordt uitgeoefend. Het kan ook worden gedefinieerd als de kracht die wordt toegepast door de botsende deeltjes op elkaar en wordt vaak gemeten met behulp van Pascal. In het geval van botsing van deeltjes, worden de gasvergelijking en kinetische theorie van gassen gebruikt om de druk te berekenen.

Wat is dampdruk?

Dampspanning kan van toepassing zijn op vloeibare of vaste fasen. Het is de druk die wordt uitgeoefend door de damp in zijn thermodynamisch evenwicht op zijn vloeibare of vaste toestand bij een gegeven temperatuur in een gesloten systeem wanneer zowel de damp als de vloeistof (vaste stof) in contact zijn. Deze druk ontstaat als gevolg van verdamping, die mogelijk wordt door een verhoogde warmte op de vaste stof of vloeistof. Dus de temperatuur wordt gebruikt als de maat voor verdamping en is direct evenredig met de dampspanning. Dit betekent dat hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de dampspanning.

Tijdens verdamping ontsnappen de luchtmoleculen als gevolg van de hogere kinetische energie naar de lucht in een gesloten systeem. Dan wanneer in evenwicht, de dampdruk ontstaat tussen de damp en de gecondenseerde vorm van vloeistof (vast). In oplossingen waar de intermoleculaire krachten zwakker zijn, neigt de dampdruk meer te zijn, en omgekeerd, in oplossingen waar de intermoleculaire krachten sterker zijn, is de dampspanning minder.

De dampspanning kan ook voorkomen in ideale mengsels zoals uitgelegd door de wet van Raoult. Er wordt gesteld dat de partiële dampspanning van een bepaalde component in een vloeibaar of vast mengsel gelijk is aan de dampspanning van die component vermenigvuldigd met de molfractie ervan in dat mengsel bij een gegeven temperatuur. Het onderstaande voorbeeld illustreert dat.

voorbeeld 1.

Gegeven een ideaal mengsel van 0,5 mol. ethanol en 1,5 mol. methanol met een dampspanning van respectievelijk 30KPa en 52KPa bepalen de partiële dampspanning van elk onderdeel.

Oplossing:

Het totale aantal mol is 1,5 mol + 0,5 mol = 2,0 mol. Volgens de wet van Raoult is de partiële dampspanning gelijk aan de dampspanning vermenigvuldigd met de molaire fractie van die specifieke component. In dit geval is de P_methanol = 1,5 / 2 * 52 = 39KPa en P_ethanol = 0,5 / 2 * 30 = 7,5KPa.

Wanneer u de partiële dampdrukken van de componenten in het mengsel heeft, kunt u de totale dampspanning krijgen door ze bij elkaar te voegen. In dit opzicht geeft 7,5 + 39 een totale dampdruk van 46,5KPa van het mengsel van oplossingen van ethanol en methanol.

Factoren die de dampspanning beïnvloeden

Moleculen identiteit

Zoals reeds hierboven vermeld, bepalen de soorten moleculaire krachten de hoeveelheid dampdruk die moet worden uitgeoefend. Als de krachten sterker zijn, treedt er minder dampdruk op, en als deze zwakker is, ontstaat er meer dampdruk. Daarom zal de samenstelling van de vloeistof of vaste stof de dampspanning beïnvloeden.

Temperatuur

Hogere temperaturen leiden tot hogere dampdruk omdat het meer kinetische energie activeert om de moleculaire krachten te verbreken, zodat de moleculen snel uit het vloeistofoppervlak kunnen ontsnappen. Wanneer de dampspanning (verzadigde dampspanning) gelijk is aan de externe druk (atmosferische druk) begint de vloeistof te koken. Een lagere temperatuur zal resulteren bij een lage dampspanning en het zal enige tijd duren voordat de vloeistof kookt.

Dalton's wet van gedeeltelijke druk

Wat is partiële druk?

Het idee van partiële druk werd voor het eerst voorgesteld door de beroemde wetenschapper John Dalton. Het gaf geboorte aan zijn wet van gedeeltelijke druk die stelt dat de totale druk uitgeoefend door een ideaal mengsel van gassen gelijk is aan de som van de partiële drukken van individuele gassen. Stel dat een bepaalde container is gevuld met waterstof-, stikstof- en zuurstofgassen, de totale druk, P_TOTAAL, zal gelijk zijn aan de som van zuurstof, stikstof en waterstof. De partiële druk van elk gas in dat mengsel wordt berekend door de totale druk te vermenigvuldigen met de molaire fractie van het individuele gas.

In een notendop, partiële druk is de druk die wordt uitgeoefend door een bepaald gas in het mengsel alsof het alleen in het systeem werkt. Zo negeer je andere gassen bij het bepalen van de partiële druk van een individueel gas. Deze theorie kan worden geverifieerd door bijvoorbeeld 0,6 atm O in te spuiten₂ in een container van 10,0 L bij een 230K en vervolgens 0,4 atm N injecteren₂ in een identieke container van dezelfde grootte bij dezelfde temperatuur, en dan uiteindelijk de gassen combineren om de totale druk te meten; het zal de som zijn van de twee gassen. Dit verklaart duidelijk de partiële druk van een afzonderlijk gas in een mengsel van niet-reactieve gassen.

Berekening van de partiële druk

De partiële druk berekenen is een absoluut briesje, omdat de wet van de Dalton [1] daar bepalingen in voorziet. Het zal afhangen van de gegeven typische informatie. Als bijvoorbeeld de totale druk wordt gegeven voor een mengsel van gas A en B evenals de druk van gas A, kan de partiële druk van B worden berekend met behulp van P_TOTAAL = P_EEN + P_B. De rest is algebraïsche manipulaties. Maar in een geval waarin alleen de totale druk van het mengsel is gegeven, kunt u de molaire fractie van gas B gebruiken om de partiële druk te bepalen. De molaire fractie, aangegeven met X, kan worden gevonden door de molen gas B te delen door het totale aantal molen gasmengsel. Om de partiële druk te vinden, vermenigvuldigt u de molaire fractie, X, met de totale druk. In het onderstaande voorbeeld wordt dat uitgebreid.

Voorbeeld 2.

Een mengsel van stikstof en zuurstof, met respectievelijk 2,5 mol en 1,85 mol, wordt geïnjecteerd in een 20,0 liter vat met een totale druk van 4 atm; bereken de partiële druk die wordt uitgeoefend door het zuurstofgas.

Oplossing:

Het totale aantal molen in het mengsel is 2,5 + 1,85 = 4,35 mol. Dus de molaire fractie van zuurstof, X_O, zal 1,85 mol / 4,35 mol zijn = 0,425 mol. De partiële zuurstofdruk is 0,425 * 4 atm = 1,7 atm. De partiële druk van het resterende gas kan worden berekend volgens dezelfde benadering of kan worden berekend door het zuurstofgas en de totale druk te gebruiken zoals uitgewerkt door Dalton's wet van de partiële druk, dat de totale druk van niet-reactieve gassen gelijk is aan de som van de partiële druk.

Verschil tussen damp en partiële druk

Uit de bovenstaande verklaringen blijkt dat de dampspanning en de partiële druk twee verschillende drukken zijn. De dampspanning is van toepassing op vloeibare en vaste fasen, terwijl de partiële druk van toepassing is op de gasfase. De dampspanning wordt in faseovergang uitgeoefend nadat voldoende warmte aan de oplossing is toegevoegd, waardoor de moleculen in een gesloten systeem ontsnappen.

Het belangrijkste verschil tussen de partiële druk en de dampspanning is dat de partiële druk de druk is die door een afzonderlijk gas in een mengsel wordt uitgeoefend alsof het alleen in dat systeem zou zijn, terwijl de dampdruk verwijst naar de druk die door de damp wordt uitgeoefend in zijn thermodynamisch evenwicht met de gecondenseerde staat van vloeistof of vaste stof. De onderstaande tabel geeft een beknopte vergelijking van deze druk.

Dampdruk	Gedeeltelijke druk
Het wordt uitgeoefend door vloeibare of vaste damp op zijn gecondenseerde fase in evenwicht	Het wordt uitgeoefend door individuele gassen in een niet-reactief gasmengsel
Goed uitgelegd door de wet van Raoult	Goed uitgelegd door de wet van Dalton
Toepasbaar in vaste en vloeibare fasen	Alleen van toepassing in gasfase
Onafhankelijk van het oppervlak of het volume van het systeem	Berekend met behulp van de gassen in hetzelfde volume
Berekend met behulp van de molfractie van de opgeloste stof	Berekend met behulp van de molfractie van het gas

Afronden!

Dampspanning en partiële druk zijn twee belangrijke wetenschappelijke termen die worden gebruikt bij het bepalen van de effecten van de krachten die worden uitgeoefend door respectievelijk de damp en de gassen in een gegeven gesloten systeem bij bepaalde temperaturen. Het grootste verschil is het toepassingsgebied met de dampdruk die wordt toegepast op vloeibare of vaste fasen, terwijl de partiële druk wordt uitgeoefend op een afzonderlijk gas in een mengsel van ideale gassen in een bepaald volume.

De partiële druk wordt eenvoudig berekend door de Dalton-wet van gedeeltelijke drukken te volgen, terwijl de dampspanning wordt berekend door de wet van Raoult toe te passen. In elk gegeven mengsel oefent elke gascomponent zijn eigen druk uit, die de partiële druk wordt genoemd, onafhankelijk van andere gassen. En als u de mol van een component verdubbelt terwijl de temperatuur constant blijft, verhoogt u de partiële druk. Volgens Clausius-Clapeyron-relatie [2] neemt de dampspanning toe naarmate de temperatuur stijgt.

Met de bovengenoemde informatie moet u onderscheid kunnen maken tussen dampspanning en partiële druk. Je zou ook in staat moeten zijn om ze te berekenen met behulp van de molaire breuken en te vermenigvuldigen met de totale druk. We hebben u typische voorbeelden gegeven om de toepassing van deze druk uit te werken.