Unterschied zwischen Partialdruck und Dampfdruck

Partialdruck und Dampfdruck werden allgemein als wissenschaftliche Begriffe verwendet, die sich auf den Druck beziehen, der von Systemkomponenten ausgeübt wird, deren Identität jedoch für andere verwirrend sein kann. Es besteht eine klare Unterscheidung zwischen diesen Begriffen einschließlich ihrer Auswirkungen und ihrer Identität. In diesem Artikel werden die Unterschiede zwischen diesen Begriffen näher erläutert. Es wird auch einige Beispiele enthalten, um deren Anwendungen zu entmystifizieren.

Beginnen wir mit dem Druckbegriff, bevor wir in die Unterscheidung zwischen Dampf und Partialdruck eintauchen können. Der Druck wird wissenschaftlich als die pro Flächeneinheit auf ein Objekt oder eine Substanz ausgeübte Kraft definiert. Sie kann auch als die Kraft definiert werden, die von den kollidierenden Partikeln aufeinander ausgeübt wird, und sie wird häufig mit Pascal gemessen. Bei einer Kollision von Partikeln wird die Druckberechnung anhand der Gasgleichung und der kinetischen Theorie der Gase durchgeführt.

Was ist Dampfdruck??

Dampfdruck kann auf flüssige oder feste Phasen zutreffen. Es ist der Druck, den der Dampf in seinem thermodynamischen Gleichgewicht auf seinen flüssigen oder festen Zustand bei einer gegebenen Temperatur in einem geschlossenen System ausübt, wenn sowohl der Dampf als auch die Flüssigkeit (fest) in Kontakt sind. Dieser Druck entsteht durch Verdampfung, die durch eine erhöhte Wärme auf den Feststoff oder die Flüssigkeit ermöglicht wird. Die Temperatur wird also als Maß für die Verdampfung verwendet und ist direkt proportional zum Dampfdruck. Das heißt, je höher die Temperatur ist, desto höher ist der Dampfdruck.

Während der Verdampfung entweichen die Luftmoleküle infolge der höheren kinetischen Energie der Luft in einem geschlossenen System. Im Gleichgewicht entsteht dann der Dampfdruck zwischen dem Dampf und seiner kondensierten Form von Flüssigkeit (Feststoff). Bei Lösungen, bei denen die intermolekularen Kräfte schwächer sind, ist der Dampfdruck tendenziell höher, und umgekehrt ist bei Lösungen, bei denen die intermolekularen Kräfte stärker sind, der Dampfdruck geringer.

Der Dampfdruck kann auch in idealen Gemischen auftreten, wie im Raoult'schen Gesetz erläutert. Darin heißt es, dass der Partialdampfdruck einer bestimmten Komponente in einer flüssigen oder festen Mischung gleich dem Dampfdruck dieser Komponente ist, multipliziert mit ihrem Molanteil in dieser Mischung bei einer gegebenen Temperatur. Das Beispiel unten wird das veranschaulichen.

Beispiel 1.

Bei einer idealen Mischung von 0,5 mol. Ethanol und 1,5 Mol. Methanol mit einem Dampfdruck von 30 kPa bzw. 52 kPa bestimmen den Partialdampfdruck jeder Komponente.

Lösung:

Die Gesamtzahl der Mole beträgt 1,5 Mol + 0,5 Mol = 2,0 Mol. Nach dem Raoult'schen Gesetz ist der Partialdampfdruck gleich dem Dampfdruck multipliziert mit dem molaren Anteil dieser bestimmten Komponente. In diesem Fall ist der P_Methanol = 1,5 / 2 · 52 = 39 kPa und P_Ethanol = 0,5 / 2 · 30 = 7,5 kPa.

Wenn Sie die Partialdampfdrücke der Komponenten in der Mischung haben, können Sie den Gesamtdampfdruck ermitteln, indem Sie sie addieren. In dieser Hinsicht ergibt 7,5 + 39 einen Gesamtdampfdruck von 46,5 kPa des Gemisches aus Ethanol und Methanollösungen.

Faktoren, die den Dampfdruck beeinflussen

Identität der Moleküle

Wie bereits oben erwähnt, bestimmen die Arten der Molekülkräfte den auszuübenden Dampfdruck. Wenn die Kräfte stärker sind, tritt weniger Dampfdruck auf, und wenn sie schwächer sind, steigt der Dampfdruck an. Daher beeinflusst die Zusammensetzung der Flüssigkeit oder des Feststoffs den Dampfdruck.

Temperatur

Höhere Temperaturen führen zu einem höheren Dampfdruck, da er mehr kinetische Energie aktiviert, um die molekularen Kräfte zu brechen, sodass die Moleküle schnell aus der Flüssigkeitsoberfläche austreten können. Wenn der Dampfdruck (Sättigungsdampfdruck) dem Außendruck (Atmosphärendruck) entspricht, beginnt die Flüssigkeit zu kochen. Eine niedrigere Temperatur führt zu niedrigem Dampfdruck und es dauert eine Weile, bis die Flüssigkeit kocht.

Daltons Partialdruckgesetz

Was ist Partialdruck??

Die Idee des Partialdrucks wurde zuerst vom renommierten Wissenschaftler John Dalton vorgeschlagen. Es brachte sein Gesetz der Partialdrücke zur Welt, das besagt, dass der Gesamtdruck, der durch ein ideales Gasgemisch ausgeübt wird, gleich der Summe der Partialdrücke der einzelnen Gase ist. Angenommen, ein bestimmter Behälter ist mit Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff gefüllt, der Gesamtdruck P_GESAMT, ist gleich der Summe von Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff. Der Partialdruck eines Gases in dieser Mischung wird berechnet, indem der Gesamtdruck mit dem molaren Anteil des einzelnen Gases multipliziert wird.

Kurz gesagt, Partialdruck ist der Druck, der von einem bestimmten Gas in der Mischung ausgeübt wird, als würde es alleine im System wirken. Somit ignorieren Sie andere Gase bei der Bestimmung des Partialdrucks eines einzelnen Gases. Diese Theorie kann verifiziert werden, indem man beispielsweise 0,6 atm O einspritzt₂ in einem 10,0-l-Behälter bei 230 K und dann 0,4 atm N injizieren₂ in einem identischen Behälter der gleichen Größe bei derselben Temperatur und dann schließlich die Gase kombinieren, um den Gesamtdruck zu messen; es wird die Summe der beiden Gase sein. Dies erklärt deutlich den Partialdruck eines einzelnen Gases in einem Gemisch aus nichtreaktiven Gasen.

Berechnung des Partialdrucks

Die Berechnung des Partialdrucks ist eine absolute Brise, da das Dalton'sche Gesetz [1] dies vorsieht. Dies hängt von den typischen Informationen ab. Wenn zum Beispiel der Gesamtdruck für ein Gemisch aus Gas A und B sowie der Druck von Gas A angegeben wird, kann der Partialdruck von B unter Verwendung von P berechnet werden_GESAMT = P_EIN + P_B. Der Rest sind algebraische Manipulationen. Wenn jedoch nur der Gesamtdruck der Mischung angegeben wurde, können Sie den molaren Teil von Gas B verwenden, um den Partialdruck zu bestimmen. Die mit X bezeichnete Molenfraktion kann ermittelt werden, indem die Mole von Gas B durch die Gesamtmolzahl der Gasmischung geteilt werden. Um dann den Partialdruck zu ermitteln, multiplizieren Sie den molaren Anteil X mit dem Gesamtdruck. Das folgende Beispiel führt das aus.

Beispiel 2.

Ein Gemisch aus Stickstoff und Sauerstoff mit 2,5 Mol bzw. 1,85 Mol wird in einen 20-Liter-Behälter mit einem Gesamtdruck von 4 atm injiziert. Berechnen Sie den vom Sauerstoffgas ausgeübten Partialdruck.

Lösung:

Die Gesamtzahl der Mole in der Mischung beträgt 2,5 + 1,85 = 4,35 Mol. Also die molare Fraktion von Sauerstoff, X_O, wird 1,85 Mol / 4,35 Mol = 0,425 Mol sein. Der Sauerstoffpartialdruck beträgt 0,425 * 4 atm = 1,7 atm. Der Partialdruck des verbleibenden Gases kann nach demselben Ansatz berechnet werden oder kann unter Verwendung des Sauerstoffgases und des Gesamtdrucks berechnet werden, wie durch Daltons Partialdruckgesetz so definiert, dass der Gesamtdruck der nichtreaktiven Gase gleich der Summe ist die Partialdrücke.

Unterschied zwischen Dampf und Partialdruck

Aus den obigen Erläuterungen ist ersichtlich, dass Dampfdruck und Partialdruck zwei unterschiedliche Drücke sind. Der Dampfdruck gilt für flüssige und feste Phasen, während der Partialdruck für die Gasphase gilt. Der Dampfdruck wird im Phasenübergang ausgeübt, nachdem der Lösung ausreichend Wärme zugeführt wurde, wodurch ihre Moleküle in einem geschlossenen System entweichen können.

Der Hauptunterschied zwischen Partialdruck und Dampfdruck besteht darin, dass Partialdruck der Druck ist, der von einem einzelnen Gas in einem Gemisch ausgeübt wird, als wäre es allein in diesem System, während sich der Dampfdruck auf den Druck bezieht, den der Dampf in seinem thermodynamischen Gleichgewicht ausübt sein kondensierter Zustand ist flüssig oder fest. Die folgende Tabelle gibt einen kurzen Vergleich dieser Drücke.

Dampfdruck	Partialdruck
Es wird von flüssigem oder festem Dampf auf seine kondensierte Phase im Gleichgewicht ausgeübt	Es wird von einzelnen Gasen in einem nichtreaktiven Gasgemisch ausgeübt
Gut erklärt durch Raoults Gesetz	Gut erklärt durch Daltons Gesetz
Einsetzbar in festen und flüssigen Phasen	Nur in Gasphasen anwendbar
Unabhängig von der Oberfläche oder dem Volumen des Systems	Berechnet mit den Gasen im gleichen Volumen
Berechnet unter Verwendung der Molfraktion des gelösten Stoffes	Berechnet mit dem Molanteil des Gases

Einpacken!

Dampfdruck und Partialdruck sind zwei wichtige wissenschaftliche Begriffe, die zur Bestimmung der Auswirkungen der durch den Dampf bzw. die Gase ausgeübten Kräfte in einem bestimmten geschlossenen System bei bestimmten Temperaturen verwendet werden. Ihr Hauptunterschied besteht im Anwendungsbereich, wenn der Dampfdruck auf flüssigen oder festen Phasen angewendet wird, während der Partialdruck auf ein einzelnes Gas in einem Gemisch aus idealen Gasen in einem bestimmten Volumen angewendet wird.

Der Partialdruck lässt sich leicht nach dem Dalton-Partialdruckgesetz berechnen, während der Dampfdruck nach dem Raoult-Gesetz berechnet wird. In jeder gegebenen Mischung übt jede Gaskomponente ihren eigenen Druck aus, der als von anderen Gasen unabhängiger Partialdruck bezeichnet wird. Wenn Sie bei konstanter Temperatur die Molzahl einer Komponente verdoppeln, erhöhen Sie den Partialdruck. Gemäß der Clausius-Clapeyron-Beziehung [2] steigt der Dampfdruck mit der Temperatur.

Mit den oben genannten Informationen sollten Sie zwischen Dampfdruck und Partialdruck unterscheiden können. Sie sollten auch in der Lage sein, sie aus den Molenbrüchen zu berechnen und mit dem Gesamtdruck zu multiplizieren. Wir haben typische Beispiele für die Anwendung dieser Drücke gegeben.