Buharlaşma ve Denge Buhar Basıncı

Bir sıvının ısı alarak gaz veya buhar hâline geçmesine buharlaşma denir. Gaz taneciklerinin sıvısıyla temas hâlinde olmasına ise buhar denir. Herhangi bir sıcaklıkta kinetik enerjisi sıvının ortalama kinetik enerjisinden daha yüksek olan sıvı molekülleri, yüzeydeki diğer moleküllerden ayrılarak buharlaşır. Birim zamanda sıvı hâlden gaz hâline geçen moleküllerin sayısına buharlaşma hızı denir.

Buharlaşma Hızını Etkileyen Etmenler

Aynı sıcaklıkta ve eşit hacimde bulunan iki farklı saf sıvının (örneğin su ve etil alkolün) tamamen buharlaşma süreleri farklıdır; bunun nedeni moleküller arası çekim kuvvetlerinin farklı olmasıdır — moleküller arası çekimi zayıf olan sıvı daha hızlı buharlaşır. Aynı sıcaklıkta eşit hacimdeki aynı sıvı, geniş bir kapta dar bir kaba göre daha hızlı buharlaşır çünkü yüzey alanı arttıkça daha fazla molekül yüzeyden ayrılma şansı bulur. Aynı sıvının farklı sıcaklıklardaki örnekleri karşılaştırıldığında ise daha sıcak olan daha hızlı buharlaşır, çünkü moleküllerin kinetik enerjisi daha yüksektir.

Buhar Basıncı ve Yoğuşma

Bir sıvının tamamı ağzı açık bir kapta buharlaşabilirken, kapalı bir kapta tamamı buharlaşmaz; çünkü kapalı kapta buharlaşmayla birlikte yoğuşma olayı da gerçekleşir. Buhar moleküllerinin kabın yüzeyine çarpması sonucu oluşturduğu kuvvete buhar basıncı denir.

Kapalı bir kapta su seviyesi buharlaşmayla azalırken oluşan su buharının basıncı artar. Bu değişimler, buharlaşma hızı (Vb) ile yoğuşma hızı (Vy) eşitleninceye kadar devam eder. Buharlaşma ve yoğuşma hızlarının eşitlendiği andan itibaren sistemde denge kurulur; ancak buharlaşma ve yoğuşma olayları durmaz, aynı hızda gerçekleşmeye devam eder. Dengedeki sistemde birim hacimdeki buhar moleküllerinin sayısı değişmediği için sıvının buhar basıncı sabit kalır.

Sıvısıyla denge hâlinde bulunan buharın basıncına o sıvının denge buhar basıncı denir. Saf suyun 25 °C'taki denge buhar basıncı 23,8 mmHg'dır.

Denge Buhar Basıncını Etkileyen Faktörler

1. Sıvının Cinsi

Bir sıvının molekülleri arasındaki çekim kuvvetleri zayıfladıkça buhar fazına geçebilen sıvı moleküllerinin sayısı artacağından buhar basıncı da artar. Aynı sıcaklıktaki iki farklı saf sıvıdan buhar basıncı büyük olan daha uçucu olarak nitelenir. Bu nedenle molekülleri arasında hidrojen bağı oluşturabilen bileşiklerin (örneğin su), benzer mol kütlesine sahip ama molekülleri arasında hidrojen bağı oluşturamayan bileşiklerden (örneğin benzen, London kuvvetiyle bir arada durur) daha az uçucu olması beklenir.

Örneğin 25 °C, 1 atm'de kapalı kaptaki suyun denge buhar basıncı 23,8 mmHg iken, aynı koşullardaki apolar yapılı benzenin denge buhar basıncı 95,3 mmHg'dır — su molekülleri arasındaki güçlü hidrojen bağları nedeniyle su daha az uçucudur, benzen molekülleri ise zayıf London kuvvetiyle bir arada durduğundan daha kolay buharlaşır ve buhar basıncı daha yüksektir.

2. Sıcaklık

Bir sıvının sıcaklığı artırılırsa sıvı moleküllerinin kinetik enerjisi ve buhar fazına geçebilen molekül sayısı artacağından buhar basıncı da artar. Aynı buhar basıncına sahip iki farklı saf sıvıdan düşük sıcaklıkta olanı daha uçucu olarak nitelenebilir. Örneğin suyun 25 °C'taki buhar basıncı 23,8 mmHg iken 40 °C'taki buhar basıncı 55,3 mmHg'a yükselir; benzerin 25 °C'taki buhar basıncı 95,3 mmHg iken 40 °C'ta 183 mmHg'a çıkar.

Denge Buhar Basıncına Bağlı Olmayan Faktörler

Denge buhar basıncı; sıvının içinde bulunduğu kabın hacmine, kabın şekline ve sıvı miktarına bağlı değildir. Sadece sıvının cinsine (saflık derecesine) ve sıcaklığa bağlıdır. Bu önemli bir ayrımdır: bir kapta ne kadar sıvı olursa olsun veya kap ne şekilde olursa olsun, aynı sıcaklıkta aynı sıvının denge buhar basıncı değişmez — çünkü denge buhar basıncı, sıvı moleküllerinin buharlaşma eğilimiyle ilgili bir özelliktir, sıvının toplam miktarıyla değil.

Örnek Uygulama: Farklı Uçuculuktaki Sıvıların Karşılaştırılması

Aynı ortamda bulunan cam kaplara eşit hacimli X ve Y sıvıları konduğunda ve bir süre sonra Y sıvısının hacminin X sıvısına göre daha fazla azaldığı gözlenirse, bu durum şu nedenlerden biri veya birkaçıyla açıklanabilir: Y sıvısının daha yüksek sıcaklıkta olması, Y sıvısının yüzey alanının daha büyük olması veya X sıvısının molekülleri arasındaki çekim kuvvetlerinin Y'ninkinden daha büyük olması (X'in daha az uçucu, Y'nin daha uçucu olması). Bu üç etmen (sıcaklık, yüzey alanı, moleküller arası çekim kuvveti) birlikte veya ayrı ayrı buharlaşma hızını etkileyebilir; ancak denge buhar basıncını yalnızca sıvının cinsi ve sıcaklığı belirler.