Pengertian Tekanan uap

Ketika cairan ditempatkan di bejana yang terus dipanaskan, molekul cairan terlihat bergerak dengan kecepatan yang berbeda-beda ke arah yang berbeda. Hal ini terjadi karena perbedaan energi kinetik yang dimiliki oleh molekul cairan.

Saat cairan dipanaskan, energi molekul meningkat; itu menjadi lebih ringan dan menempati permukaan cairan. Proses ini dikenal sebagai ‘penguapan’. Molekul yang dapat dilihat di permukaan cairan disebut ‘uap’.

Penguapan berlanjut pada kecepatan konstan, suhu cairan dijaga konstan.

Ketika beberapa molekul cairan dalam fase uap, mengenai dinding wadah atau permukaan cairan, mungkin akan diubah kembali ke fase cair. Proses ini disebut kondensasi.

Pengertian

Tekanan uap adalah tekanan yang diberikan oleh uap ketika uap berada dalam kesetimbangan dengan bentuk cair atau padat, atau keduanya, dari zat yang sama — yaitu, ketika kondisinya sedemikian rupa sehingga zat tersebut dapat eksis dalam kedua atau dalam ketiga fase.

Tekanan uap merupakan ukuran kecenderungan suatu material untuk berubah menjadi gas atau uap, dan itu meningkat dengan suhu. Suhu di mana tekanan uap pada permukaan cairan menjadi sama dengan tekanan yang diberikan oleh lingkungan disebut titik didih cairan.

Hampir semua dari kita telah memanaskan panci air dengan tutupnya di tempat dan tak lama kemudian mendengar suara tutupnya berderak dan air panas tumpah ke atas kompor. Ketika cairan dipanaskan, molekulnya memperoleh energi kinetik yang cukup untuk mengatasi kekuatan yang menahannya dalam cairan dan mereka melarikan diri ke fase gas. Dengan melakukan itu, mereka menghasilkan populasi molekul dalam fase uap di atas cairan yang menghasilkan tekanan disebut tekanan uap cairan.

Dalam situasi yang kami jelaskan, tekanan yang cukup dihasilkan untuk menggerakkan tutupnya, yang memungkinkan uap keluar. Namun, jika uapnya terkandung dalam bejana tertutup, seperti labu tak berventilasi, dan tekanan uap menjadi terlalu tinggi, labu akan meledak (seperti yang sayangnya banyak ditemukan oleh siswa). Pada bagian ini, kami menjelaskan tekanan uap secara lebih rinci dan menjelaskan bagaimana cara menentukan secara kuantitatif tekanan uap suatu cairan.

Karakteristik Tekanan Uap

Namun, seiring berjalannya waktu, jumlah molekul dalam fase uap meningkat sementara laju kondensasi juga meningkat. Ini mencapai tahap di mana laju penguapan sama dengan laju kondensasi. Fase ini disebut tahap ekuilibrium.

Seperti yang ditunjukkan oleh manometer, pada titik ini tekanan yang diberikan oleh molekul disebut tekanan uap cairan. Tekanan uap didefinisikan sebagai tekanan yang diberikan oleh uap yang ada di atas cairan.

Proses penguapan bergantung pada berbagai faktor: –

1. Sifat cairan

Cairan memiliki gaya antarmolekul yang lemah. Pemanasan molekul cairan dapat membantu mengubahnya menjadi fase uap dan dengan demikian meningkatkan tekanan uap cairan. Misalnya, Aseton dan benzena memiliki tekanan uap yang lebih tinggi daripada air pada suhu tertentu.

2. Pengaruh suhu

Tekanan uap cairan meningkat seiring dengan peningkatan suhunya. Molekul cairan memiliki energi yang lebih tinggi pada suhu yang lebih tinggi.

Penguapan dan Kondensasi

Karena molekul cairan bergerak konstan, kita dapat memplot pecahan molekul dengan energi kinetik (KE) yang diberikan terhadap energi kinetiknya untuk mendapatkan distribusi energi kinetik molekul dalam cairan (Gambar), seperti yang kami lakukan untuk gas.

Sedangkan untuk gas, meningkatkan temperatur akan meningkatkan baik energi kinetik rata-rata partikel dalam cairan maupun kisaran energi kinetik masing-masing molekul. Jika kita mengasumsikan bahwa jumlah energi minimum (E0) diperlukan untuk mengatasi gaya tarik antarmolekul yang menahan suatu cairan, maka beberapa fraksi molekul dalam cairan selalu memiliki energi kinetik yang lebih besar daripada E0.

Fraksi molekul dengan energi kinetik lebih besar dari nilai minimum ini meningkat dengan meningkatnya suhu. Setiap molekul dengan energi kinetik lebih besar dari E0 memiliki energi yang cukup untuk mengatasi kekuatan yang menahannya dalam cairan dan melarikan diri ke fase uap.

Sebelum dapat melakukannya, molekul juga harus berada di permukaan cairan, di mana secara fisik dimungkinkan untuk meninggalkan permukaan cair; yaitu, hanya molekul di permukaan yang dapat mengalami penguapan (atau penguapan), di mana molekul memperoleh energi yang cukup untuk memasuki keadaan gas di atas permukaan cairan, sehingga menciptakan tekanan uap.

Gambar: Distribusi Energi Kinetik Molekul Cairan pada Dua Suhu. Seperti halnya gas, meningkatkan suhu akan menggeser puncak ke energi yang lebih tinggi dan memperluas kurva. Hanya molekul dengan energi kinetik lebih besar dari E0 yang dapat keluar dari cairan untuk memasuki fase uap, dan proporsi molekul dengan KE> E0 lebih besar pada suhu yang lebih tinggi.

Gambar: Tekanan uap. (A) Ketika cairan dimasukkan ke dalam ruang dievakuasi, molekul dengan energi kinetik yang cukup melarikan diri dari permukaan dan memasuki fase uap, menyebabkan tekanan dalam ruang meningkat. (B) Ketika molekul yang cukup berada dalam fase uap untuk suhu tertentu, laju kondensasi sama dengan laju penguapan (kondisi mapan tercapai), dan tekanan dalam wadah menjadi konstan.

Untuk memahami penyebab tekanan uap, pertimbangkan peralatan yang ditunjukkan pada Gambar. Ketika cairan dimasukkan ke dalam ruang yang dievakuasi (bagian (a) pada Gambar), tekanan awal di atas cairan adalah sekitar nol karena belum ada molekul dalam fase uap.

Namun, beberapa molekul di permukaan akan memiliki energi kinetik yang cukup untuk keluar dari cairan dan membentuk uap, sehingga meningkatkan tekanan di dalam wadah. Selama suhu cairan dipertahankan konstan, fraksi molekul dengan KE> E0 tidak akan berubah, dan kecepatan molekul melepaskan diri dari cairan ke fase uap akan tergantung hanya pada area permukaan fase cair.

Gambar: Tingkat Relatif Penguapan dan Kondensasi sebagai Fungsi Waktu setelah Cairan Diperkenalkan ke dalam Kamar Tertutup. Laju penguapan hanya tergantung pada luas permukaan cairan dan pada dasarnya konstan. Tingkat kondensasi tergantung pada jumlah molekul dalam fase uap dan meningkat terus sampai sama dengan tingkat penguapan.

Segera setelah beberapa uap terbentuk, sebagian kecil molekul dalam fase uap akan bertabrakan dengan permukaan cairan dan memasuki kembali fase cair dalam suatu proses yang dikenal sebagai kondensasi (bagian (b) pada Gambar).

Karena jumlah molekul dalam fase uap meningkat, jumlah tabrakan antara molekul fase uap dan permukaan juga akan meningkat. Akhirnya, suatu kondisi mapan akan tercapai di mana persisnya banyak molekul per satuan waktu meninggalkan permukaan cairan (menguap) seperti bertabrakan dengannya (mengembun).

Pada titik ini, tekanan terhadap cairan berhenti meningkat dan tetap konstan pada nilai tertentu yang merupakan karakteristik cairan pada suhu tertentu. Tingkat penguapan dan kondensasi dari waktu ke waktu untuk sistem seperti ini ditunjukkan secara grafis pada Gambar.

Gambar: Tekanan Uap Beberapa Cairan sebagai Fungsi Temperatur. Titik di mana kurva tekanan uap melintasi garis P = 1 atm (putus-putus) adalah titik didih normal cairan. (CC BY-SA-NC; Anonim atas permintaan)

Tekanan Uap Keseimbangan

Dua proses yang berlawanan (seperti penguapan dan kondensasi) yang terjadi pada tingkat yang sama dan karenanya tidak menghasilkan perubahan bersih dalam suatu sistem, merupakan keseimbangan dinamis.

Dalam kasus cairan yang tertutup dalam ruang, molekul terus menguap dan mengembun, tetapi jumlah cairan dan uap tidak berubah seiring waktu. Tekanan yang diberikan oleh uap dalam kesetimbangan dinamis dengan cairan adalah tekanan uap kesetimbangan cairan.

Namun, jika cairan berada dalam wadah terbuka, sebagian besar molekul yang lolos ke fase uap tidak akan bertabrakan dengan permukaan cairan dan kembali ke fase cair. Sebaliknya, mereka akan berdifusi melalui fase gas menjauh dari wadah, dan keseimbangan tidak akan pernah terjadi. Dalam kondisi ini, cairan akan terus menguap hingga hilang.

Kecepatan terjadinya ini tergantung pada tekanan uap cairan dan suhu. Cairan yang mudah menguap memiliki tekanan uap yang relatif tinggi dan cenderung mudah menguap; cairan yang tidak mudah menguap memiliki tekanan uap yang rendah dan menguap lebih lambat.

Meskipun garis pemisah antara cairan yang mudah menguap dan tidak mudah menguap tidak jelas, sebagai pedoman umum, kita dapat mengatakan bahwa zat dengan tekanan uap lebih besar daripada air (Gambar) relatif mudah menguap, sedangkan yang dengan tekanan uap kurang dari air relatif tidak mudah menguap. Jadi dietil eter (etil eter), aseton, dan bensin mudah menguap, tetapi merkuri, etilen glikol, dan oli motor tidak mudah menguap.

Gambar: Tekanan Uap Beberapa Cairan sebagai Fungsi Suhu. Titik di mana kurva tekanan uap melintasi garis P = 1 atm (putus-putus) adalah titik didih normal cairan.

Tekanan uap kesetimbangan suatu zat pada suhu tertentu adalah karakteristik dari bahan tersebut, seperti massa molekulnya, titik lebur, dan titik didihnya (Tabel). Itu tidak tergantung pada jumlah cairan selama setidaknya sejumlah kecil cairan hadir dalam kesetimbangan dengan uap.

Namun demikian, tekanan uap kesetimbangan sangat bergantung pada suhu dan gaya antarmolekul yang ada, seperti ditunjukkan untuk beberapa zat pada Gambar.

Molekul yang dapat mengikat hidrogen, seperti etilen glikol, memiliki tekanan uap setimbang jauh lebih rendah daripada yang tidak bisa, seperti oktan. Peningkatan tekanan uap nonlinier dengan kenaikan suhu jauh lebih curam daripada peningkatan tekanan yang diharapkan untuk gas ideal pada kisaran suhu yang sesuai.

Ketergantungan suhu begitu kuat karena tekanan uap tergantung pada fraksi molekul yang memiliki energi kinetik lebih besar dari yang diperlukan untuk melepaskan diri dari cairan, dan fraksi ini meningkat secara eksponensial dengan suhu.

Akibatnya, wadah tertutup dari cairan yang mudah menguap adalah bom potensial jika mengalami peningkatan suhu yang besar. Tangki bensin pada mobil dilampiaskan, misalnya, sehingga mobil tidak akan meledak ketika diparkir di bawah sinar matahari. Demikian pula, kaleng kecil (1-5 galon) yang digunakan untuk mengangkut bensin diwajibkan oleh hukum untuk memiliki pelepasan tekanan pop-off.

Apa itu titik didih?

Saat kita terus meningkatkan suhu zat cair, tekanan uapnya meningkat secara proporsional. Ini mencapai tahap di mana tekanan uap cairan menjadi sama dengan tekanan atmosfer. Pada suhu ini, uap di dekat permukaan mulai keluar ke atmosfer dan cairan mengalami transisi fase. Temperatur ini didefinisikan sebagai titik didih zat cair.

Titik didih standar cairan diberikan pada:

Tekanan 1 atm = 102325 Pa atau 1 bar = 105 Pa

Apa itu Kalor Penguapan?

Saat kita memberikan panas pada cairan, energinya meningkat, yang menyebabkan peningkatan suhu secara keseluruhan. Pada titik didih, panas tambahan digunakan oleh molekul untuk mengatasi gaya tarik antarmolekul dalam cairan dan berubah menjadi gas.

Ketika 1 mol cairan diubah menjadi gas, jumlah panas yang disediakan oleh proses ini dikenal sebagai Kalor Penguapan.



Leave a Reply