Tekanan Wap dan Takat Didih

Air dalam bekas tertutup tidak berhenti menyejat. Molekul terus meninggalkan permukaan cecair, manakala sebahagian molekul wap kembali ke cecair. Apabila kadar penyejatan dan pemeluwapan menjadi sama, jumlah wap secara purata menjadi tetap dan wap itu mengenakan tekanan keseimbangan yang dinamakan tekanan wap.

Tekanan wap terhasil daripada keseimbangan dinamik

Pada suhu tertentu, cecair tulen dalam ruang tertutup akhirnya mencapai keseimbangan antara fasa cecair dengan fasa wap. Keseimbangan ini dinamik: molekul masih bertukar antara dua fasa walaupun sifat makroskopik seperti tekanan tidak lagi berubah. Nilai tekanan wap bergantung pada jenis bahan dan suhu.

Suhu yang lebih tinggi menaikkan tekanan wap

Apabila suhu meningkat, taburan tenaga molekul berubah dan lebih banyak molekul mempunyai tenaga yang mencukupi untuk memasuki fasa wap. Bagi sesuatu cecair, tekanan wap keseimbangan biasanya meningkat apabila suhu meningkat. Hubungan ini boleh dihuraikan secara anggaran oleh persamaan Clausius–Clapeyron, yang mengaitkan perubahan tekanan wap dengan suhu dan entalpi pengewapan.

Pendidihan bergantung pada tekanan luar

Penyejatan boleh berlaku pada permukaan cecair pada pelbagai suhu. Pendidihan berbeza kerana gelembung wap terbentuk di dalam cecair. Keadaan ini berlaku apabila tekanan wap cecair mencapai tekanan yang dikenakan oleh persekitaran. Oleh itu, takat didih bukan nilai yang bebas daripada tekanan: tekanan luar yang lebih rendah menurunkan suhu yang diperlukan untuk mendidih, manakala tekanan luar yang lebih tinggi menaikkan takat didih.

Takat didih dalam kehidupan seharian

Takat didih bergantung pada tekanan, dan prinsip ini menjadi asas periuk tekanan: dengan menahan wap dalam bekas tertutup, tekanan dalaman meningkat, lalu air perlu mencapai suhu yang lebih tinggi sebelum tekanan wapnya cukup besar untuk mendidih pada tekanan baharu itu.

Banyak perubahan semasa memasak bergantung pada suhu, termasuk pelembutan struktur tumbuhan, perubahan protein dan tindak balas kimia dalam makanan. Apabila medium memasak boleh berada pada suhu lebih tinggi daripada air mendidih dalam periuk terbuka, pemindahan haba ke makanan berlaku pada suhu yang lebih tinggi dan banyak perubahan tersebut dapat berlangsung dengan lebih cepat.

Di kawasan tinggi, tekanan atmosfera lebih rendah dan air mendidih pada suhu lebih rendah daripada di aras laut. Makanan yang direbus boleh mengambil masa lebih lama. Periuk tekanan melakukan perkara yang bertentangan: ia menaikkan tekanan di sekeliling air, lalu menaikkan suhu pendidihan. Perbandingan ini menjadi bukti harian bahawa takat didih berubah bersama tekanan.

Takat didih normal menggunakan tekanan rujukan

Dalam data termokimia, takat didih normal merujuk kepada suhu pendidihan pada tekanan rujukan satu atmosfera, iaitu 101.325 kPa. Pangkalan data Institut Piawaian dan Teknologi Kebangsaan Amerika Syarikat (NIST) menyenaraikan takat didih dan data perubahan fasa bagi banyak bahan. Perbandingan takat didih mesti mengambil kira tekanan ketika pengukuran supaya dua nilai tidak dibandingkan seolah-olah keadaan eksperimennya sama.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?