In diesem Artikel werden wir über die Beziehung zwischen Siedepunkt und Dampfdruck diskutieren.
Der Siedepunkt einer Substanz hängt vom Druck des Systems ab und der Dampfdruck einer Substanz hängt von der Temperatur des Systems ab.
In unserer Grundschulzeit lehrte uns unser naturwissenschaftliches Lehrbuch, dass Wasser bei 100 Grad Celsius kocht. Als wir in höhere Klassen kamen, lernten wir, dass Wasser bei 100 Grad Celsius bei atmosphärischem Druck auf Meereshöhe kocht und der Siedepunkt mit zunehmender Höhe abnimmt.
Dies erklärt in erster Linie die Phänomen der Abhängigkeit des Siedepunktes vom Druck.
Also, was kocht? Physikalisch ist es das Phänomen der Umwandlung von Flüssigkeit in Dampf. Um das Kochen etwas geekiger zu verstehen, müssen wir den anderen Begriff Dampfdruck verstehen. Der Dampfdruck ist der Druck, den eine Flüssigkeit bei einer bestimmten Temperatur auf ihre Oberfläche ausübt.
Dieser Dampfdruck steigt mit steigender Temperatur der Flüssigkeit. Die Temperatur, bei der Dampfdruck und Gesamtdruck des Systems gleich sind, wird als bezeichnet Siedepunkt einer Substanz.
Ist der Dampfdruck gleich dem Siedepunkt?
Nein, Dampfdruck und Siedepunkt sind nicht gleich, aber der Dampfdruck ist spezifisch für eine Flüssigkeit und variiert mit der Temperatur. Denn der gleiche Siedepunkt ist auch spezifisch für eine Flüssigkeit.
Unterschiedliche Flüssigkeiten üben bei einer bestimmten Temperatur unterschiedliche Dampfdrücke aus. Der von einer Flüssigkeit ausgeübte Dampfdruck hängt von den intermolekularen Kräften ab, die zwischen den Bestandteilsmolekülen der Flüssigkeit vorhanden sind.
Bei einer bestimmten Temperatur ergibt sich aus niedrigeren zwischenmolekularen Kräften zwischen den Molekülen einer Flüssigkeit ein höherer Dampfdruck, der von der Flüssigkeit ausgeübt wird. Wenn der Dampfdruck bei einer bestimmten Temperatur höher ist, ist der Siedepunkt der Flüssigkeit niedriger. Daraus kann geschlossen werden, dass Dampfdruck und Siedepunkt zwar nicht gleich sind, aber miteinander verknüpft und spezifisch für eine Flüssigkeit sind.
Was ist Siedepunkt und Dampfdruck?
Sieden ist gekennzeichnet durch eine heftige Verdampfung von Flüssigkeit zu Dampf, wenn der Dampfdruck der Flüssigkeit den Druck der darüber liegenden Flüssigkeit erreicht, der auch als Systemdruck bezeichnet wird.
Unter atmosphärischen Bedingungen wird der Siedepunkt auch als normaler Siedepunkt bezeichnet. Sobald der Siedepunkt einsetzt, bleibt die Temperatur konstant, wenn der Druck über der Flüssigkeitsoberfläche konstant gehalten wird, bis die gesamte Flüssigkeit verdampft ist.
Wie im Bild unten gezeigt, sind die Moleküle in einer Flüssigkeit, die sich in einem Gefäß befindet, in ständiger Bewegung. Einige der Moleküle entweichen von der Flüssigkeitsoberfläche in die Atmosphäre und einige schlagen aus der Atmosphäre in die Flüssigkeit zurück.
Bei einer bestimmten Temperatur bildet sich ein Gleichgewicht zwischen den Molekülen, die aus der Flüssigkeitsmasse entweichen, und denjenigen, die in die Flüssigkeitsmasse zurückfallen.
Die Menge an Molekülen, die bei einer bestimmten Temperatur im Dampfraum verbleiben, hängt von den intermolekularen Kräften der Flüssigkeit ab. Diese Moleküle, die im Dampfraum über der Flüssigkeit verbleiben, erzeugen den Dampfdruck der Flüssigkeit.
Auswirkung des Dampfdrucks auf den Siedepunkt
Der Dampfdruck ist umgekehrt proportional zum Siedepunkt einer Flüssigkeit.
Wenn der Dampfdruck gesenkt wird, steigt der Siedepunkt, da mehr Energie benötigt wird, um die erforderliche Menge an Lösungsmittel zu verdampfen, um den Systemdruck zu erreichen. Für eine bestimmte Flüssigkeit hängt der Dampfdruck von dem Raum ab, der für Lösungsmittelmoleküle verfügbar ist, um an der Flüssigkeits-Dampf-Grenzfläche aus der Flüssigkeitsmasse zu entweichen.
Wenn wie in einer Zuckerlösung mehr Feststoff in der Flüssigkeit gelöst wird, wäre an der Dampf-Flüssigkeits-Grenzfläche weniger Platz für das Entweichen von Lösungsmittelmolekülen in den Dampfraum verfügbar, und daher wird ein niedrigerer Dampfdruck ausgeübt.
Dies führt zu einem höheren Energiebedarf, um den gleichen Dampfdruck im Vergleich zu reinem Lösungsmittel zu erreichen, was zu einem höheren normalen Siedepunkt führt.
Zusammenhang zwischen Siedepunkt und Druck
Höherer Systemdruck führt zu höherem Siedepunkt und niedrigerer Systemdruck führt zu niedrigerem Siedepunkt, dh System Druck ist direkt proportional zum Siedepunkt.
Wenn der Systemdruck höher ist, würde mehr Energie benötigt, um einen dem Systemdruck entsprechenden Dampfdruck zu erzeugen. Wenn der Systemdruck niedriger ist, wird der Siedepunkt in ähnlicher Weise bei einer niedrigeren Temperatur erreicht, da der Dampfdruckbedarf niedriger ist.
Dies kann auch durch die Änderung des Siedepunkts von Wasser mit Höhenunterschied erklärt werden. Wie unten gezeigt, siedet Wasser bei 100 °C auf Meereshöhe bei einem Druck von 1 Atmosphäre.
Aber wenn wir auf einen Hügel hinaufgehen, nimmt der atmosphärische Druck ab und Wasser kocht bei einer niedrigeren Temperatur. Aus diesem Grund würde eine Person, die Reis in einem offenen Gefäß kocht, mehr Zeit zum Kochen benötigen, da das Kochen bei niedrigeren Temperaturen stattfindet.
Wenn das Kochen andererseits in einem Drucksystem wie dem in einem Schnellkochtopf durchgeführt wird, ist das Kochen viel schneller, da das Kochen bei höherer Temperatur stattfindet.
Warum hängen Siedepunkt und Dampfdruck umgekehrt zusammen?
Siedepunkt und Dampfdruck hängen umgekehrt zusammen, da eine höhere Energie erforderlich ist, um genügend Flüssigkeit in die Gasphase zu verdampfen und einen Dampfdruck zu erzeugen, der dem Systemdruck entspricht (atmosphärischer Druck, wenn der Behälter zur Atmosphäre offen ist), wodurch der Siedepunkt erreicht wird.
Bei Flüssigkeiten mit höheren intermolekularen Kräften ist der Dampfdruck niedriger und umgekehrt. So würde Flüssigkeit mit niedrigerem Dampfdruck bei einer bestimmten Temperatur einen höheren Energiebedarf erfordern, um den zu überwinden zwischenmolekulare Kräfte in flüssiger Form und entweichen in Dampf im Vergleich zu Flüssigkeiten mit höheren Dampfdrücken.
Wenn in ähnlicher Weise der Dampfdruck eines Lösungsmittels durch Zugabe von gelösten Stoffen gesenkt wird, wodurch die exponierte Oberfläche in der Dampf-Flüssigkeits-Grenzfläche verringert wird, steigt die erforderliche Energie zum Verdampfen. Dies führt zu einer Erhöhung des Siedepunktes der so gebildeten Lösung.
Was beeinflusst den Dampfdruck?
Der Dampfdruck einer bestimmten Flüssigkeit hängt von ihrer Temperatur ab
Der Dampfdruck verschiedener Flüssigkeiten ist für eine bestimmte Temperatur unterschiedlich. Der Dampfdruck einiger Flüssigkeiten ist unten bei 25 °C angegeben.
| Substanz | Dampfdruck bei 25oC |
| Diethylether | 70 kpa |
| Brom | 30 kpa |
| Wasser | 3 kpa |
Der Dampfdruck ist für verschiedene Substanzen unterschiedlich, weil diese Flüssigkeiten unterschiedliche intermolekulare Kräfte haben. Im Allgemeinen haben Flüssigkeiten mit geringerer Dichte, die eine geringere Molekülgröße und daher geringere intermolekulare Kräfte aufweisen, bei einer bestimmten Temperatur einen höheren Dampfdruck.
Wenn die Temperatur in einem System erhöht wird, nimmt die kinetische Energie der Moleküle zu, als Ergebnis bewegen sich die Moleküle schnell und eine größere Anzahl von Molekülen entweicht in Dampfform. Auf diese Weise steigt der Dampfdruck mit steigender Temperatur.
Der Dampfdruck wird jedoch nicht durch die Form oder Größe des Gefäßes beeinflusst, in dem die Flüssigkeit aufbewahrt wird. Feind zum Beispiel eine Flüssigkeit in einer Vertikalen Schiff oder ein liegender Behälter muss den gleichen Dampfdruck haben.
Was verursacht einen Anstieg des Dampfdrucks?
Der Dampfdruck steigt mit steigender Temperatur.
Dampf ist immer im Gleichgewicht mit der darunter liegenden Flüssigkeitsoberfläche. Die Anzahl der Moleküle in Dampfform hängt von der kinetischen Energie der einzelnen Moleküle ab, die über ihre Wahrscheinlichkeit entscheidet, in Dampf- oder flüssiger Form zu existieren.
Wenn die Temperatur einer bestimmten Flüssigkeit erhöht wird, nimmt die kinetische Energie der Moleküle in der Flüssigkeit zu, wodurch mehr von ihnen geeignet werden, die intermolekularen Kräfte zu überwinden und in Dampfform zu existieren.
Eine höhere Anzahl von Molekülen in Dampfform erhöht den Dampfdruck. Eine typische Änderung des Dampfdrucks von Wasser mit der Temperatur ist im Bild unten dargestellt.
Faktoren, die den Siedepunkt beeinflussen
Die Faktoren, die den Siedepunkt beeinflussen, sind Druck, Verunreinigungen in der Flüssigkeit und zwischenmolekulare Kräfte der Flüssigkeit.
Wenn der Systemdruck höher ist, wäre mehr Wärme erforderlich, um den Dampfdruck der Flüssigkeit zu erhöhen Systemdruck erreichen. Der Einfluss des Siedepunkts auf den Außendruck für Wasser wird durch die nachstehende Kurve dargestellt.
Wenn wir ein reines Lösungsmittel und denselben gelösten Stoff mit Verunreinigungen betrachten, ist der Siedepunkt des reinen Lösungsmittels immer niedriger. Dies liegt daran, dass für ein reines Lösungsmittel mehr Oberfläche zur Verfügung steht, damit Dampf aus dem flüssigen Zustand entweichen kann, verglichen mit einem gelösten Stoff mit Verunreinigungen, wo einige der Stellen in der Dampf-Flüssigkeits-Grenzfläche besetzt sind.
Eine Flüssigkeit mit größeren Molekülen mit höheren intermolekularen Kräften hat einen höheren Siedepunkt. Dies liegt daran, dass weniger Dampf über der Flüssigkeitsoberfläche freigesetzt werden kann, indem die zwischenmolekularen Kräfte bei einer bestimmten Temperatur überwunden werden, verglichen mit einer Flüssigkeit mit kleineren Molekülbestandteilen, die geringere zwischenmolekulare Kräfte aufweisen.
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