Différence entre la pression partielle et la pression de vapeur

La pression partielle et la pression de vapeur sont des termes scientifiques couramment utilisés pour désigner la quantité de pression exercée par les composants du système, mais leur identité peut prêter à confusion. Il existe une distinction claire entre ces termes, y compris leurs effets et leur identité. Le présent article s'attardera plus en détail sur les différences entre ces deux termes. Il comprendra également quelques exemples pour démystifier ses applications.

Commençons par mettre en évidence le concept de pression avant d'entrer dans la distinction entre vapeur et pression partielle. La pression est définie scientifiquement comme la force appliquée par unité de surface sur un objet ou une substance. Il peut aussi être défini comme la force appliquée par les particules qui entrent en collision les unes avec les autres et il est souvent mesuré à l'aide de Pascal. En cas de collision de particules, l'équation du gaz et la théorie cinétique des gaz sont utilisées pour calculer la pression.

Qu'est-ce que la pression de vapeur?

La pression de vapeur peut s'appliquer aux phases liquides ou solides. C'est la pression exercée par la vapeur dans son équilibre thermodynamique sur son état liquide ou solide à une température donnée dans un système fermé lorsque la vapeur et le liquide (solide) sont en contact. Cette pression résulte de la vaporisation, qui est rendue possible par une augmentation de la chaleur sur le solide ou le liquide. Ainsi, la température est utilisée comme mesure de vaporisation et elle est directement proportionnelle à la pression de vapeur. Cela signifie que plus la température est élevée, plus la pression de vapeur est élevée.

Lors de la vaporisation, les molécules d'air s'échappent en raison de l'énergie cinétique plus élevée vers l'air dans un système fermé. Ensuite, en équilibre, la pression de vapeur se produit entre la vapeur et sa forme condensée de liquide (solide). Dans les solutions où les forces intermoléculaires sont plus faibles, la pression de vapeur tend à être plus élevée et, inversement, dans les solutions où les forces intermoléculaires sont plus fortes, la pression de vapeur est moindre.

La pression de vapeur peut également se produire dans des mélanges idéaux, comme l'explique la loi de Raoult. Il stipule que la pression de vapeur partielle d'un composant particulier dans un mélange liquide ou solide est égale à la pression de vapeur de ce composant multipliée par sa fraction molaire dans ce mélange à une température donnée. L'exemple ci-dessous le montre bien.

Exemple 1.

Avec un mélange idéal de 0,5 mol. éthanol et 1,5 mol. méthanol avec la pression de vapeur de 30KPa et 52KPa, respectivement, déterminent la pression de vapeur partielle de chaque composant.

Solution:

Le nombre total de moles est de 1,5 mol + 0,5 mol = 2,0 mol. Selon la loi de Raoult, la pression partielle de vapeur est égale à la pression de vapeur multipliée par la fraction molaire de ce composant particulier. Dans ce cas, le Pmethanol = 1,5/2 * 52 = 39KPa et le Pethanol = 0,5/2 * 30 = 7,5KPa.

Lorsque vous avez les pressions partielles de vapeur des composants du mélange, vous pouvez obtenir la pression de vapeur totale en les additionnant. A cet égard, 7,5 + 39 donne une pression de vapeur totale de 46,5 KPa pour le mélange de solutions d'éthanol et de méthanol.

Identité moléculaire

Comme nous l'avons déjà mentionné plus haut, les types de forces moléculaires déterminent la pression de vapeur à exercer. Si les forces sont plus fortes, la pression de vapeur est moins élevée et si elle est plus faible, la pression de vapeur augmente. Par conséquent, la composition du liquide ou du solide affectera la pression de vapeur.

Température

Une température plus élevée conduit à une pression de vapeur plus élevée parce qu'elle active plus d'énergie cinétique pour briser les forces moléculaires de sorte que les molécules peuvent s'échapper rapidement de la surface du liquide. Lorsque la pression de vapeur (pression de vapeur saturée) est égale à la pression externe (pression atmosphérique), le liquide commence à bouillir. Une température plus basse se traduira par une faible pression de vapeur et il faudra du temps pour que le liquide bouille.

La loi des pressions partielles de Dalton

Qu'est-ce que la pression partielle?

L'idée de la pression partielle a d'abord été proposée par le célèbre scientifique John Dalton. Il a donné naissance à sa Loi des Pressions Partielles qui stipule que la pression totale exercée par un mélange idéal de gaz est égale à la somme des pressions partielles des gaz individuels. Supposons qu'un récipient particulier soit rempli d'hydrogène, d'azote et d'oxygène gazeux, la pression totale, PTOTAL, sera égale à la somme de l'oxygène, de l'azote et de l'hydrogène. La pression partielle de tout gaz contenu dans ce mélange est calculée en multipliant la pression totale par la fraction molaire du gaz individuel.

En résumé, la pression partielle est la pression exercée par un gaz particulier dans le mélange comme s'il agissait seul dans le système. Ainsi, vous ne tenez pas compte des autres gaz lors de la détermination de la pression partielle d'un gaz donné. Cette théorie peut être vérifiée en injectant, par exemple, 0,6atm d' O2 dans un conteneur de 10,0 L à 230K et en injectant ensuite 0,4atm de N2 dans un conteneur identique de même taille à la même température, puis en combinant les gaz pour mesurer la pression totale; il s'agira de la somme des deux gaz. Ceci explique clairement la pression partielle d'un gaz donné dans un mélange de gaz non réactifs.

Calculer la pression partielle est une brise absolue puisque la loi de Dalton prévoit des dispositions à cet effet. Cela dépendra des informations types fournies. Si, par exemple, la pression totale est donnée pour un mélange de gaz A et B ainsi que la pression du gaz A, la pression partielle de B peut être calculée en utilisant PTOTAL = PA + PB. Le reste est des manipulations algébriques. Mais dans le cas où seule la pression totale du mélange a été donnée, vous pouvez utiliser la fraction molaire du gaz B pour déterminer la pression partielle. La fraction molaire, désignée par X, peut être obtenue en divisant les grains de gaz B par le total des grains du mélange gazeux. Ensuite, pour trouver la pression partielle, vous multiplierez la fraction molaire, X, par la pression totale. L'exemple ci-dessous le précise.

Exemple 2.

Un mélange d'azote et d'oxygène, avec 2,5 moles et 1,85 moles, respectivement, est injecté dans un récipient de 20,0 L avec une pression totale de 4atm; calculer la pression partielle exercée par l'oxygène gazeux.

Solution:

Le nombre total de moles dans le mélange est de 2,5 + 1,85 = 4,35 moles. Ainsi, la fraction molaire de l'oxygène, Xo, sera de 1,85 moles/4,35 moles = 0,425 moles. La pression partielle d'oxygène sera de 0,425 * 4atm = 1,7atm. La pression partielle du gaz résiduel peut être calculée selon la même approche ou peut être calculée en utilisant l'oxygène gazeux et la pression totale telle qu'élaborée par la loi des pressions partielles de Dalton que la pression totale des gaz non réactifs est égale à la somme des pressions partielles.

D'après les explications ci-dessus, il est évident que la pression de vapeur et la pression partielle sont deux pressions distinctes. La pression de vapeur s'applique sur les phases liquide et solide tandis que la pression partielle s'applique sur la phase gazeuse. La pression de vapeur est exercée en transition de phase après l'ajout d'une quantité suffisante de chaleur à la solution, ce qui conduit ses molécules à s'échapper dans un système fermé.

La principale différence entre la pression partielle et la pression de vapeur est que la pression partielle est la pression exercée par un gaz individuel dans un mélange comme s'il était seul dans ce système, alors que la pression de vapeur se réfère à la pression exercée par la vapeur dans son équilibre thermodynamique avec son état condensé de liquide ou de solide. Le tableau ci-dessous présente une comparaison concise de ces pressions.

La pression de vapeur et la pression partielle sont deux termes scientifiques importants utilisés pour déterminer les effets des forces appliquées par la vapeur et les gaz, respectivement, dans un système fermé donné à des températures particulières. Leur principale différence est le domaine d'application avec la pression de vapeur appliquée sur les phases liquides ou solides, alors que la pression partielle est appliquée sur un gaz individuel dans un mélange de gaz idéaux dans un volume donné.

La pression partielle est facilement calculée en suivant la loi des pressions partielles de Dalton, tandis que la pression de vapeur est calculée en appliquant la loi de Raoult. Dans un mélange donné, chaque composant de gaz exerce sa propre pression, appelée pression partielle indépendante des autres gaz.

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