為了預防傳染各類疾病

大家一定要勤洗手

並且用酒精溶液消毒手部喔

你有沒有發現

用消毒用的酒精水溶液噴在手上

很快就乾了耶

不像水

要一陣子才會乾

有啊

因為那是75%酒精的水溶液呀

酒精水溶液比水更容易揮發

那是不是酒精所佔的百分比較高時

揮發性就會比較高呢

這種性質是可以系統性討論的嗎

在前面的單元我們曾經學過

愈容易揮發的液體

其飽和蒸氣壓也愈大

且也利用拉午耳定律討論過非揮發性的溶質溶在溶劑中

對溶劑蒸氣壓的影響

那麼如果溶質與溶劑均具有揮發性

應如何思考這個問題呢

還記得道耳吞分壓定律嗎

那是用來求混合氣體的壓力

也就是數種互不反應的氣體

其總壓等於各氣體分壓的總和

似乎可以用來討論在一密閉容器中

有兩種揮發性溶劑蒸氣所產生的壓力

此系統依照分壓定律應可表示為

容器中的總蒸氣壓等於溶質的蒸氣壓+溶劑的蒸氣壓

假設定溫下

揮發性溶質為A

其蒸氣壓為PA°

揮發性溶劑為B

其蒸氣壓為PB°

當A與B均勻混合時僅牽涉到單純混合的行為

換句話來說

A-A之間的分子間作用力等於B-B之分子間作用力

等於A-B之間的分子間作用力

此溶液稱為理想溶液

且因為系統中僅存在A與B

故A與B莫耳分率的總和應等於1

XA+XB=1

再由拉午耳定律的觀點來看

系統中A的蒸氣壓PA應等於A的飽和蒸氣壓PA°×A的莫耳分率

相對來說

系統中B的飽和蒸氣壓PB應等於B的飽和蒸氣壓PB°×B的莫耳分率

搭配上道耳吞分壓定律

容器中系統的總壓應等於A的蒸氣壓加上B的蒸氣壓

換句話來說系統的總壓會等於Ptotal=PA°XA+PB°XB

若以苯與甲苯相混合而言

苯與甲苯兩溶劑均具揮發性

且苯與甲苯混合時僅涉及單純的混合

可視同理想溶液來討論

已知常溫的條件下

苯的飽和蒸氣壓為95.1毫米汞柱

甲苯的飽和蒸氣壓為28.4毫米汞柱

於密閉容器中將苯與甲苯依不同莫耳分率相互混合

並量測苯蒸氣分壓

甲苯蒸氣分壓與系統總壓的值

可發現系統總壓等於苯蒸氣的分壓與甲苯蒸氣的分壓之和

仔細觀察此圖

可發現當苯的莫耳分率等於1

甲苯莫耳分率等於0時

系統的壓力完全由苯蒸氣所提供

故此時系統壓力等於苯的飽和蒸氣壓

反之

當甲苯的莫耳分率等於1而苯的莫耳分率等於0時

系統壓力完全由甲苯蒸氣提供

所以此時系統壓力等於甲苯的飽和蒸氣壓

當密閉容器中的混合液體含有相同比例的苯與甲苯時

苯的莫耳分率X苯＝0.5

甲苯的莫耳分率X甲苯＝0.5

此時蒸氣中苯的分壓為P苯=95.1×0.5=47.6毫米汞柱

甲苯的分壓為P甲苯=28.4×0.5=14.2毫米汞柱

系統的總壓為Ptotal=47.6+14.2=61.8毫米汞柱

蒸氣相中苯蒸氣所佔的莫耳分率為47.6/61.8=0.77

甲苯所佔的莫耳分率為14.2/61.8=0.23

仔細回想分析發現

最初溶液混合時

苯與甲苯的比例相同

但因為苯的揮發性較高

所以蒸氣相中苯所佔的莫耳分率會慢慢提高

相對而言甲苯蒸氣的莫耳分率會慢慢下降

輕油的部分成分包含正戊烷以及正己烷

25°C時

正戊烷飽和蒸氣壓為527毫米汞柱

正己烷飽和蒸氣壓為151毫米汞柱

若將正戊烷和正己烷以莫耳比1:1均勻混合

則所得溶液的飽和蒸氣壓為多少

將拉午耳定律重新整理一下

我們會發現

純溶劑時

溶劑的莫耳分率為1

所以蒸氣完全由溶劑所提供

系統蒸氣壓等於溶劑的飽和蒸氣壓

溶劑加入非揮發性的溶質時

因為溶質非揮發性

所以飽和蒸氣壓等於0

故系統中溶劑的蒸氣壓等於純溶劑的飽和蒸氣壓×溶劑的莫耳分率

當溶質與溶劑均具有揮發性時

系統中蒸氣壓力等於溶質的蒸氣壓+溶劑的蒸氣壓

在這一單元中

我們學會了

1. 只要有揮發性溶劑存在

系統中必定會有溶劑的蒸氣壓

2. 當溶質不具有揮發性時

依照拉午耳定律可知溶質莫耳分率與蒸氣壓下降量呈正比

亦即ΔP=P溶劑°×X溶質

3. 當溶質與溶劑均具有揮發性時

且溶質與溶劑混合僅為單純混合

為理想溶液

此時Ptotal=P溶劑+P溶質=P溶劑°×X溶劑+P溶質°×X溶質

同學

經過這一個單元的學習

你是否對揮發性溶質溶液的蒸氣壓變化有更清楚的認識了呢

歡迎到留言區與我們分享你的學習心得喔

我們下次見