الضغط البخاري

Vapour Pressure

عند وضع سائل في وعاء مكشوف فإنه يتبخر باستمرار.

ولكن عند وضع سائل في وعاء مغلق يحدث ما يلي:

• تبدأ جزيئات السائل بالتبخر بمعدل ثابت.
• نتيجة تصادم جزيئات البخار مع بعضها وبجدار الوعاء تبدأ عملية تكاثف البخار تدريجياً، إلى أن يصبح عدد الجزيئات المتكاثفة = عدد الجزيئات المتبخرة، أو معدل سرعة التبخر = معدل سرعة التكاثف، ويصل السائل إلى حالة الاتزان.
• يسمى ضغط البخار على سطح السائل عند الوصول إلى حالة الاتزان عند درجة حرارية معينة بالضغط البخاري للسائل.

الضغط البخاري: ضغط بخار السائل في حالة الاتزان عند درجة حرارة معينة.

ويمكن ملاحظة ذلك من الرسم البياني التالي:

لاحظ من الشكل أن سرعة التبخر تبقى ثابته مع مرور الزمن، بينما تزداد سرعة التكاثف مع مرور الزمن إلى أن نصل إلى الزمن (ن) الذي يتساوى فيه معدل سرعة التبخر ومعدل سرعة التكاثف، وعند هذا الزمن يقاس الضغط البخاري.

العوامل المؤثرة في الضغط البخاري

1. درجة الحرارة: بزيادة درجة الحرارة تزداد عدد الجزيئات التي تمتلك الطاقة الضرورية للتبخر فتزداد سرعة التبخر وسرعة التكاثف مما يؤدي إلى زيادة الضغط البخاري.
2. قوى التجاذب بين جزيئات السائل: بزيادة قوى التجاذب بين جزيئات السائل، يقل عدد الجزيئات المتبخرة وتقل سرعة التبخر وسرعة التكاثف، مما يؤدي إلى نقصان الضغط البخاري.

ولدراسة أثر درجة الحرارة وقوى التجاذب في الضغط البخاري انظر إلى المنحنى الآتي والذي يمثل قيم الضغط البخاري لكل من الماء H₂O وثلاثي كلوروميثان CHCl₃ وثنائي إيثيل إيثر (C₂H₅)₂O عند درجات حرارية مختلفة:

• لمعرفة قيمة الضغط البخاري للسوائل الثلاث عند 30⁰C مثلا ً نرسم خطا ً مستقيما ً يمتد عموديا ً من درجة 30⁰C بحيث يتقاطع مع المنحنيات الثلاثة ثم نقرأ قيم الضغط البخاري المقابلة.
• لاحظ أن الماء (روابط هيدروجينية) يمتلك أقل قيمة للضغط البخاري مقارنة مع السائلين الآخرين (العلاقة عكسية بين قوى التجاذب والضغط البخاري).
• لو اخترنا درجة حرارية أخرى نلاحظ أن زيادة درجة الحرارة تؤدي إلى زيادة الضغط البخاري للسائل (العلاقة طردية بين درجة الحرارة والضغط البخاري للسائل).

سؤال (1):

فسر سبب كون الضغط البخاري للمركب HF أقل من الضغط البخاري للمركب SiCl₄

الجزيء HF قطبي، وتترابط جزيئاته بروابط هيدروجينية، وجزيء SiCl₄ غير قطبي، وتترابط جزيئاته بقوى لندن، وبما أن قوى التجاذب بين جزيئات HF (روابط هيدروجينية) أقوى من قوى لندن الموجودة بين جزيئات SiCl₄ ، لذا فإن الضغط البخاري يقل (العلاقة عكسية بين قوى التجاذب والضغط البخاري).

سؤال (2):

أي المادتين: CH₃OCH₃ أم CH₃CH₂OH لها ضغط بخار سائل أقل عند الظروف نفسها؟ فسر ذلك.

CH₃CH₂OH

كلاهما قطبيان، إلا أن جزيئات CH₃CH₂OH تترابط فيما بينها بروابط هيدروجينية أقوى من قوى ثنائية القطب الموجودة بين جزيئات CH₃OCH₃ ، وبزيادة قوى التجاذب يقل الضغط البخاري (العلاقة عكسية بين قوى التجاذب والضغط البخاري).

سؤال (3):

رتب الجزيئات الآتية حسب زيادة ضغط بخار السائل لها عند درجة الحرارة نفسها:

الإيثانول CH₃CH₂OH ، الإيثان CH₃CH₃ ، فلوروإيثان CH₃CH₂F ، الميثانول CH₃OH .

إيثان > فلوروإيثان > ميثانول > إيثانول

سؤال (4):

أي جزيء من الجزيئات الآتية له أعلى ضغط بخار سائل عند درجة الحرارة نفسها:

CH₃CH₂OH ، CH₃CH₂CH₃ ، CH₃CH₂Cl ، HOCH₂CH₂OH .

CH₃CH₂CH₃

سؤال (5):

رتب المركبات الآتية ( HI , HBr , HCl , HF ) تنازلياً حسب تناقص ضغطها البخاري وهي في الحالة السائلة.

( العدد الذري لـ H = 1 ، F = 9 ، Cl = 17 ، Br = 35 ، I = 53 )

HCl > HBr > HI > HF

أفكر صفحة (85):

أفسر تزايد الضغط البخاري للسائل بزيادة درجة حرارته.

يزداد الضغط البخاري بزيادة درجة الحرارة وذلك لزيادة عدد الجزيئات التي تمتلك الحد الأدنى من الطاقة اللازمة للتبخر فتزداد سرعة التبخر ويزداد عدد الجزيئات المتبخرة والمؤثرة في وحدة المساحة من سطح السائل فيزداد الضغط البخاري.

أرتب السوائل الآتية حسب تزايد ضغطها البخاري عند درجة الحرارة نفسها:

CH₃F  ، CH₃OH ، CH₃CH₃

CH₃CH₃ > CH₃F > CH₃OH

أتحقق صفحة (85):

مستعيناً بالشكل (18)، أحدد الضغط البخاري لكل من ثلاثي كلوروميثان والماء عند درجة 50⁰C ، وأقارنها بقيمة ضغطه البخاري الواردة في الجدول (2). ماذا أستنتج؟

الضغط البخاري لثلاثي كلوروميثان: 500 mmHg

الضغط البخاري للماء: 100 mmHg

عند مقارنة الضغط البخاري لكلا المادتين عند 50⁰ و 20⁰ ألاحظ أنه كلما زادت درجة الحرارة زاد الضغط البخاري للسائل.