03 2. الانخفاض في ضغط بخار السائل
2.1 الاتزان الديناميكي والضغط البخاري
- تخيل سائلًا في دورق مغلق (نظام مغلق) عند درجة حرارة ثابتة.
- بعض جزيئات السطح لها طاقة كافية للإفلات والتحول إلى بخار، وفي الوقت نفسه تعود بعض جزيئات البخار من الهواء إلى السائل.
- وعندما يصبح معدل التبخر مساويًا لمعدل التكثف بحيث تثبت كمية كل من السائل والبخار نقول إن السائل وبخاره في حالة اتزان ديناميكي («ديناميكي» لأن العمليتين مستمرتان لكن دون تغير صافٍ).
- والبخار المتكوّن فوق سطح السائل من عملية التبخر يمارس ضغطًا على سطح السائل وعلى الجدران، يسمى الضغط البخاري للسائل.
- ويزداد بارتفاع درجة الحرارة (فيصبح عدد أكبر من الجزيئات قادرًا على الإفلات).
- وللماء: نحو 2.3 kPa عند 20°C و3.2 kPa عند 25°C و101.3 kPa عند 100°C.
2.2 لماذا تخفض المادة غير المتطايرة الضغط البخاري؟
في الماء النقي تتحرر جزيئات السطح بحرية (ولا يحجزها إلا ارتباطها الهيدروجيني بجيرانها). أما عند إذابة مادة غير متطايرة فإن:
- بعض جزيئات أو أيونات المذاب تحتل جزءًا من سطح السائل، فيقل عدد جزيئات الماء الحرة للتبخر على السطح.
- توجد قوى تجاذب قوية بين جزيئات الماء وجسيمات المذاب (جذب أيون–قطب في الأملاح، وروابط هيدروجينية في الجزيئات القطبية) بالإضافة إلى قوى التجاذب بين جزيئات الماء، فيتطلب تحرير جزيء الماء طاقة أكبر.
- وبالتالي يقل عدد جزيئات الماء المتبخرة ويكون الضغط البخاري للمحلول أقل من الضغط البخاري للماء النقي عند درجة الحرارة نفسها.
- ويتناسب الانخفاض تناسبًا طرديًا مع عدد جسيمات المذاب (جزيئات أو أيونات) في المحلول.
2.3 فكرة كمية (إضافة: قانون راؤول)
- للمحلول الذي مذابه غير متطاير: P = χ(المذيب) × P°، حيث χ الكسر المولي للمذيب وP° الضغط البخاري للمذيب النقي.
- وهي طريقة مناسبة لحساب الانخفاض.
مثال محلول (1).
- المسألة: أُذيب 18 g من الجلوكوز (C₆H₁₂O₆ ، M = 180 g/mol) في 90 g ماء (M = 18 g/mol).
- الضغط البخاري للماء النقي عند 25°C يساوي 23.8 mmHg.
- أوجد الضغط البخاري للمحلول ومقدار الانخفاض.
- الحل: n(الجلوكوز) = 18 ÷ 180 = 0.10 mol.
- n(الماء) = 90 ÷ 18 = 5.0 mol.
- χ(الماء) = 5.0 ÷ 5.1 = 0.980.
- P = 0.980 × 23.8 = 23.3 mmHg.
- الانخفاض = 23.8 − 23.3 = 0.47 mmHg.
- ولو أُذيب العدد نفسه من مولات NaCl (0.10 mol تعطي 0.20 mol من الأيونات) لكان الانخفاض نحو الضعف.
🧪 أسئلة على هذه النقطة (7)
عند الاتزان الديناميكي بين السائل وبخاره في دورق مغلق يكون
الضغط البخاري للسائل هو الضغط الناتج عن
عند إذابة مادة غير متطايرة في الماء فإن الضغط البخاري للمحلول
يقل الضغط البخاري للمحلول لأن
1. [علّل] ينخفض الضغط البخاري للماء عند إذابة مادة غير متطايرة فيه.
اعرض الإجابة
لأن جسيمات المذاب تحتل جزءًا من سطح السائل فيقل عدد جزيئات الماء القادرة على التبخر، ولأن قوى التجاذب بين جزيئات الماء وجسيمات المذاب تحتاج طاقة أكبر لتحرير الجزيئات.
ويتناسب الانخفاض مع عدد الجسيمات.
2. [عرّف] عرّف الضغط البخاري للسائل.
اعرض الإجابة
الضغط الذي يمارسه البخار المتكوّن فوق سطح السائل عندما يكون السائل وبخاره في حالة اتزان ديناميكي في نظام مغلق.
يزداد بارتفاع الحرارة.
3. [مسألة] أُذيب 36 g من الجلوكوز في 180 g ماء. الضغط البخاري للماء النقي عند 25°C هو 23.8 mmHg. أوجد الضغط البخاري للمحلول ومقدار الانخفاض.
اعرض الإجابة
≈ 23.33 mmHg ؛ الانخفاض ≈ 0.47 mmHg
n(الجلوكوز) = 0.2 ؛ n(الماء) = 10 ؛ χ = 10 ÷ 10.2 = 0.9804 ؛ P = 0.9804 × 23.8 = 23.33.