Dampdruk

Die dampdruk is die druk (in die geval van 'n gasmengsel, die parsiële druk) waarby 'n stof sal oorgaan van die vloeistoffase na die gasfase of anders om. Die dampdruk van 'n stof is 'n funksie van die temperatuur. By enige gegewe temperatuur is daar vir 'n bepaalde stof 'n druk waar die damp van die stof in ewewig is met sy vloeistof- of vastestofvorm. Hierdie word die ewewigsdampdruk of versadigingsdampdruk van die stof by daardie temperatuur genoem. Die term dampdruk word dikwels gebruik om na hierdie versadigingsdampdruk te verwys. 'n Stof met 'n hoë dampdruk teen normale temperature word 'n vlugtige stof genoem.

Ewewigsdampdruk van vastestowwe

Die ewewigsdampdruk kan gedefinieer word as die druk wat bereik word wanneer 'n gekondenseerde fase in ewewig is met sy eie damp. In geval van 'n vastestof in ewewig (d.w.s. kristallyne stof) kan dit gedefinieer word as die druk waar die tempo van sublimasie van 'n vastestof dieselfde is as die tempo waarteen die dampfase neerslaan. Die druk in die geval van die meeste vastestowwe is baie laag met 'n paar noemenswaardige uitsonderings soos naftaleen en ys. Alle vastestowwe het 'n dampdruk. Meting daarvan is egter baie moeilik vanweë die uiterste lae waardes. Tipiese tegnieke wat gebruik word is termogravimetrie en gastranspirasie.

Verwantskap tussen vastestof- en vloeistofdampdrukke

Daar moet kennis geneem word van die feit dat die dampdruk van 'n stof in die vloeistofvorm gewoonlik verskillend is van die dampdruk van dieselfde stof se vastestofvorm. As die temperatuur sodanig is dat die dampdruk van die vloeistof hoër is as dié van die vastestof, sal die vloeistof verdamp maar sal die damp kondenseer na 'n vastestof, d.w.s. die vloeistof vries. As die temperatuur sodanig is dat die dampdruk van die vloeistof laer is as dié van die vastestof, sal die vastestof verdamp, maar sal die damp kondenseer om 'n vloeistof te vorm, d.w.s. die vastestof is besig om te smelt. By die temperatuur waar die twee dampdrukke dieselfde is, sal daar 'n ewewig tussen die vastestof en vloeistof bestaan. Hierdie temperatuur word die smeltpunt genoem.

Water se dampdruk

Die dampdruk van water word eksperimenteel bepaal en word gepubliseer in die sogenaamde stoomtabelle.

Die dampdruk kan ook bereken word deur die Antoine-vergelyking waarvan die konstantes bepaal is uit stoomtabelle. Indien die bedryfsbestek bekend is, is dit egter meer akkuraat om 'n vergelyking af te lei vir die spesifieke bestek en nie die Antoine-vergelyking te gebruik nie. Bv:

Die kookpunt van water vir drukke rondom 100 kPa kan benader word deur die volgende vergelyking:

$T_{v}=100+0.0002772\cdot (p-101000)-1.24\cdot 10^{-9}\cdot (p-101000)^{2}$

waar die temperatuur in grade Celsius en die druk p in pascal aangegee word. Die dampdruk word verkry deur die vergelyking op te los vir p.

Raoult se wet bepaal by benadering die dampdrukke van vloeistofmengsels.

Dampdruk, kookpunt, borrelpunt, doupunt, versadigingsdruk, versadigingstemperatuur

Die terme dampdruk, kookpunt, borrelpunt, doupunt, versadigingsdruk, versadigingstemperatuur verwys almal na dieselfde begrip: die punt waar 'n vloeistof sal begin kook of waar 'n gas sal begin kondenseer.

• Dampdruk is die druk waar 'n gas sal begin kondenseer of waar 'n vloeistof sal begin verdamp as die temperatuur konstant bly.
• Kookpunt is die temperatuur waarby 'n vloeistof sal oorgaan van die vloeistoffase na die gasfase indien die druk konstant bly. Dus as ons 'n sisteem het waar die druk konstant is, en die temperatuur verander, praat ons van kookpunt. Byvoorbeeld, as ons praat van die punt waar water kook by die see, praat ons van die kookpunt – die kookpunt van water by die see (101.325 kPa) is 100 °C.
• Borrelpunt is basies dieselfde as kookpunt (die punt waar vloeistof sal oorgaan van die vloeistoffase na die gasfase), maar die druk of temperatuur van die sisteem kan verander. Dus, indien ons water in 'n sisteem het by 100 °C en 200 kPa(a), sal die water onderverkoelde vloeistof wees. Indien die druk val na 101 kPa(a), sal die vloeistof borrelpunt bereik en sal dit oorgaan van die vloeistoffase na die gasfase.
• Doupunt is die temperatuur waar 'n gas sal begin kondenseer.
• Versadigingsdruk is die druk waar 'n gas sal begin kondenseer as die temperatuur konstant bly.
• Versadigingstemperatuur is die temperatuur waar 'n gas sal begin kondenseer as die druk konstant bly.

Voorbeeld

Jy plaas 2 liter water in 'n kamer met 'n volume van 42.5 m³. Jy verseël die kamer en wag totdat die water verdamp. Sal al die water verdamp teen 25 °C (teen 25 °C is water se digtheid 997 kg/m³ en die dampdruk is 3.173 kPa(a), verkry uit stoomtabelle).

Antwoord:

Om hierdie vraag te beantwoord, word aanvaar dat al die water nie gaan verdamp nie en uitgewerk hoeveel water oorbly. Indien daar meer water in die lug is as wat daar water in die houer was, dan het al die water uit die houer verdamp.

Wanneer water in 'n houer is teen 25 °C, sal die watermolekules beweeg en teen mekaar stamp. Daar sal selfs 'n paar molekules uit die vloeistoffase na die gasfase ontsnap. Wanneer genoeg watermolekules in die gasfase is, sal die molekules in die gasfase weer teen die vloeistof bots en kondenseer. Op 'n stadium sal die hoeveelheid watermolekules in die gasfase genoeg wees sodat die watermolekules in die gasfase en vloeistoffase in ewewig is - die hoeveelheid watermolekules wat verdamp gaan gelyk wees aan die watermolekules wat kondenseer. Dit sal gebeur wanneer die dampdruk van water in die gasfase bereik is.

Omdat die gasfase uit beide lug en water bestaan, sal Dalton se wet gebruik moet word. Dalton se wet sê dat die parsiële druk van 'n komponent in 'n gas gelyk is aan die molfraksie van die gas maal met die totale druk. Ofː

$y_{i}={\frac {p_{i}}{P_{totaal}}}$

In 'n mengsel van gasse, kan elke gas afsonderlik beskou word by die mengseltemperatuur en sy parsiële druk. Dus, ewewig sal bereik word wanneer die parsiële druk van waterdamp in die gas (lug + waterdamp) gelyk is aan die dampdruk van water by 25 °C. Of:

$p_{water}=p_{water}^{0}$

waar:

• $p_{water}$ = parsiële druk van waterdamp in die gas (lug + waterdamp)
• $p_{water}^{0}=3.173\ kPa$ = dampdruk van water by 25 °C

Volgens Dalton se wet kan die molfraksie van die waterdamp soos volg bereken word:

$y_{water}={\frac {p_{water}}{P}}={\frac {3.173}{P}}$

Indien die ideale gaswet gebruik word, kan die totale hoeveel gas (lug + waterdamp) in die kamer by ewewig bereken word:

$PV=nRT\qquad \Rightarrow \qquad n_{totaal}={\frac {PV}{RT}}$

Die fraksie waterdamp in die gas kan soos volg uitgedruk word:

$y_{water}={\frac {n_{water}}{n_{totaal}}}$

${\frac {3.173}{P}}={\frac {n_{water}}{\frac {PV}{RT}}}$

P (druk) gaan uitkanselleer en dan kan die volgende bereken wordː

$n_{water}=3.173\times {\frac {V}{RT}}=3.173\times {\frac {42.5}{8.314\times (25+273.15)}}=0.05440\ kmol$

Dus het jy 0.05440 kmol water nodig om die lug in die kamer te versadig.

Massa water = 0.05440 × 18 kg/kmol = 0.9792 kg

Volume water wat moet verdamp = 0.9792 kg / 997 kg/m³ × 1000 liter/m³ = 0.982 liter.

Jy het met 2 liter water begin. Dus sal slegs 0.98 liter daarvan verdamp en 1.02 liter sal oorbly.

Sien ook

• Humiditeit
• Dalton se wet
• Raoult se wet

Verwysings

• Ooreenstemmende artikel in die Engelstalige Wikipedia.en:Vapor pressure

Eksterne skakels

• MVDS Dampdruk (Engelstalig)
• Hyperphysics