Περιεχόμενο

• Βήματα
• Μέθοδος 1 από 3: Χρήση της εξίσωσης Clapeyron-Clausius
• Μέθοδος 2 από 3: Υπολογισμός πίεσης ατμού σε διαλύματα
• Μέθοδος 3 από 3: Υπολογισμός πίεσης ατμού σε ειδικές περιπτώσεις
• Συμβουλές

Έχετε αφήσει ποτέ ένα μπουκάλι νερό για αρκετές ώρες κάτω από τον καυτό ήλιο και έχετε ακούσει έναν «συριγμό» όταν το ανοίγετε; Αυτός ο ήχος προκαλείται από την πίεση ατμού. Στη χημεία, η πίεση ατμών είναι η πίεση που ασκείται από τον ατμό ενός υγρού που εξατμίζεται σε ένα ερμητικά σφραγισμένο δοχείο. Για να βρείτε την πίεση ατμών σε μια δεδομένη θερμοκρασία, χρησιμοποιήστε την εξίσωση Clapeyron-Clausius: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Βήματα

Μέθοδος 1 από 3: Χρήση της εξίσωσης Clapeyron-Clausius

1. 1 Καταγράψτε την εξίσωση Clapeyron-Clausius που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της τάσης ατμών καθώς μεταβάλλεται με την πάροδο του χρόνου. Αυτός ο τύπος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τα περισσότερα φυσικά και χημικά προβλήματα. Η εξίσωση μοιάζει με αυτήν: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)), όπου:
   • ΔΗ_vap Είναι η ενθαλπία της εξάτμισης του υγρού. Συνήθως μπορεί να βρεθεί σε έναν πίνακα στα σχολικά βιβλία χημείας.
   • R - σταθερά αερίου ίση με 8,314 J / (K × mol)
   • Η Τ1 είναι η αρχική θερμοκρασία (στην οποία είναι γνωστή η πίεση ατμών).
   • T2 είναι η τελική θερμοκρασία (στην οποία η πίεση ατμών είναι άγνωστη).
   • P1 και P2 - πίεση ατμού σε θερμοκρασίες T1 και T2, αντίστοιχα.
2. 2 Αντικαταστήστε τις τιμές των ποσοτήτων που σας δόθηκαν στην εξίσωση Clapeyron-Clausius. Τα περισσότερα προβλήματα δίνουν δύο τιμές θερμοκρασίας και μια τιμή πίεσης, ή δύο τιμές πίεσης και μια τιμή θερμοκρασίας.
   • Για παράδειγμα, ένα δοχείο περιέχει υγρό σε θερμοκρασία 295 K και η πίεση ατμών του είναι 1 ατμόσφαιρα (1 atm). Βρείτε την πίεση ατμών στα 393 Κ. Εδώ σας δίνονται δύο θερμοκρασίες και μια πίεση, ώστε να βρείτε μια διαφορετική πίεση χρησιμοποιώντας την εξίσωση Clapeyron-Clausius. Αντικαθιστώντας τις τιμές που σας δίνονται στον τύπο, παίρνετε: ln (1 / P2) = (ΔH_vap/Ρ) ((1/393) - (1/295)).
   • Λάβετε υπόψη ότι στην εξίσωση Clapeyron-Clausius, η θερμοκρασία μετράται πάντα σε kelvin και η πίεση σε οποιαδήποτε μονάδα μέτρησης (αλλά πρέπει να είναι οι ίδιες για τα P1 και P2).
3. 3 Αντικαταστήστε τις σταθερές. Η εξίσωση Clapeyron-Clausius περιέχει δύο σταθερές: R και ΔH_vap... Το R είναι πάντα 8,314 J / (K × mol). Τιμή ΔH_vap (ενθαλπία εξάτμισης) εξαρτάται από την ουσία, την πίεση ατμών της οποίας προσπαθείτε να βρείτε. Αυτή η σταθερά μπορεί συνήθως να βρεθεί σε έναν πίνακα στα σχολικά βιβλία χημείας ή σε ιστότοπους (για παράδειγμα, εδώ).
   • Στο παράδειγμά μας, ας πούμε ότι υπάρχει νερό στο δοχείο. ΔΗ_vap το νερό είναι ίσο με 40,65 kJ / mol ή ίσο με 40650 J / mol.
   • Συνδέστε τις σταθερές στον τύπο και λάβετε: ln (1/P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 Λύστε την εξίσωση χρησιμοποιώντας αλγεβρικές πράξεις.
   • Στο παράδειγμά μας, η άγνωστη μεταβλητή βρίσκεται κάτω από το πρόσημο του φυσικού λογάριθμου (ln). Για να απαλλαγείτε από τον φυσικό λογάριθμο, μετατρέψτε και τις δύο πλευρές της εξίσωσης στη δύναμη της μαθηματικής σταθεράς "e". Με άλλα λόγια, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Λύστε τώρα την εξίσωση:
   • ln (1 / P2) = (40650 / 8.314) ((1/393) - (1/295))
   • ln (1 / P2) = (4889.34) (- 0.00084)
   • (1 / Ρ2) = ε
   • 1 / Ρ2 = 0,0165
   • Ρ2 = 0,0165 = 60,76 atm. Αυτό έχει νόημα, καθώς η αύξηση της θερμοκρασίας σε ένα ερμητικά σφραγισμένο δοχείο κατά 100 μοίρες θα αυξήσει την εξάτμιση, η οποία θα αυξήσει σημαντικά την πίεση ατμών.

Μέθοδος 2 από 3: Υπολογισμός πίεσης ατμού σε διαλύματα

1. 1 Γράψτε τον νόμο του Raoult. Στην πραγματική ζωή, τα καθαρά υγρά είναι σπάνια. ασχολούμαστε συχνά με λύσεις. Ένα διάλυμα γίνεται με την προσθήκη μικρής ποσότητας συγκεκριμένης χημικής ουσίας που ονομάζεται «διαλυμένη ουσία» σε μεγαλύτερη ποσότητα άλλης χημικής ουσίας που ονομάζεται «διαλύτης». Στην περίπτωση των λύσεων, χρησιμοποιήστε τον νόμο του Raoult:Π_λύση = Ρ_{διαλυτικό μέσο}Χ_{διαλυτικό μέσο}, όπου:
   • Π_λύση Είναι η πίεση ατμών του διαλύματος.
   • Π_{διαλυτικό μέσο} Είναι η πίεση ατμών του διαλύτη.
   • Χ_{διαλυτικό μέσο} - το γραμμομοριακό κλάσμα του διαλύτη.
   • Εάν δεν γνωρίζετε τι είναι το κλάσμα μορίων, διαβάστε παρακάτω.
2. 2 Προσδιορίστε ποια ουσία θα είναι ο διαλύτης και ποια θα είναι η διαλυμένη ουσία. Θυμηθείτε ότι μια διαλυμένη ουσία είναι μια ουσία που διαλύεται σε ένα διαλύτη και ένας διαλύτης είναι μια ουσία που διαλύει μια διαλυμένη ουσία.
   • Εξετάστε ένα παράδειγμα σιροπιού. Για να ληφθεί ένα σιρόπι, ένα μέρος της ζάχαρης διαλύεται σε ένα μέρος του νερού, οπότε η ζάχαρη είναι μια διαλυμένη ουσία και το νερό είναι ένας διαλύτης.
   • Σημειώστε ότι ο χημικός τύπος για τη σακχαρόζη (κοινή ζάχαρη) είναι C₁₂Η₂₂Ο₁₁... Θα το χρειαστούμε στο μέλλον.
3. 3 Βρείτε τη θερμοκρασία του διαλύματος, καθώς θα επηρεάσει την πίεση ατμών του. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μεγαλύτερη είναι η πίεση ατμών, καθώς η εξάτμιση αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας.
   • Στο παράδειγμά μας, ας πούμε ότι η θερμοκρασία του σιροπιού είναι 298 K (περίπου 25 ° C).
4. 4 Βρείτε την πίεση ατμών του διαλύτη. Οι τιμές πίεσης ατμών για πολλές κοινές χημικές ουσίες δίνονται σε εγχειρίδια χημείας, αλλά αυτές συνήθως δίνονται σε θερμοκρασίες 25 ° C / 298 K ή στα σημεία βρασμού τους. Εάν στο πρόβλημα σας δίνονται τέτοιες θερμοκρασίες, χρησιμοποιήστε τις τιμές από τα βιβλία αναφοράς. Διαφορετικά, πρέπει να υπολογίσετε την πίεση ατμών σε μια δεδομένη θερμοκρασία της ουσίας.
   • Για να γίνει αυτό, χρησιμοποιήστε την εξίσωση Clapeyron-Clausius, αντικαθιστώντας την πίεση και τη θερμοκρασία των ατμών των 298 Κ (25 ° C) αντί των Ρ1 και Τ1, αντίστοιχα.
   • Στο παράδειγμά μας, η θερμοκρασία του διαλύματος είναι 25 ° C, οπότε χρησιμοποιήστε την τιμή από τους πίνακες αναφοράς - η πίεση ατμών του νερού στους 25 ° C είναι 23,8 mmHg.
5. 5 Βρείτε το γραμμομοριακό κλάσμα του διαλύτη. Για να γίνει αυτό, βρείτε την αναλογία του αριθμού των γραμμομορίων μιας ουσίας προς το συνολικό αριθμό των γραμμομορίων όλων των ουσιών στο διάλυμα. Με άλλα λόγια, το γραμμομοριακό κλάσμα κάθε ουσίας είναι (αριθμός γραμμομορίων της ουσίας) / (ο συνολικός αριθμός γραμμομορίων όλων των ουσιών).
   • Ας πούμε ότι χρησιμοποιήσατε 1 λίτρο νερό και 1 λίτρο σακχαρόζη (ζάχαρη) για να φτιάξετε ένα σιρόπι. Σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο να βρεθεί ο αριθμός των γραμμομορίων κάθε ουσίας. Για να γίνει αυτό, πρέπει να βρείτε τη μάζα κάθε ουσίας και, στη συνέχεια, να χρησιμοποιήσετε τις μοριακές μάζες αυτών των ουσιών για να αποκτήσετε κρεατοελιές.
   • Βάρος 1 λίτρο νερού = 1000 γρ
   • Βάρος 1 λίτρο ζάχαρης = 1056,7 g
   • Μόριο (νερό): 1000 g × 1 mol / 18.015 g = 55.51 mol
   • Mole (σακχαρόζη): 1056,7 g × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 mol (σημειώστε ότι μπορείτε να βρείτε τη γραμμομοριακή μάζα της σακχαρόζης από τον χημικό της τύπο C₁₂Η₂₂Ο₁₁).
   • Συνολικός αριθμός κρεατοελιών: 55,51 + 3,08 = 58,59 mol
   • Μοριακό κλάσμα νερού: 55,51 / 58,59 = 0,947.
6. 6 Τώρα συνδέστε τα δεδομένα και τις τιμές που βρέθηκαν στις ποσότητες στην εξίσωση Raoult που δίνεται στην αρχή αυτής της ενότητας (Π_λύση = Ρ_{διαλυτικό μέσο}Χ_{διαλυτικό μέσο}).
   • Στο παράδειγμά μας:
   • Π_λύση = (23,8 mmHg) (0,947)
   • Π_λύση = 22,54 mmHg Τέχνη. Αυτό έχει νόημα, αφού μια μικρή ποσότητα ζάχαρης διαλύεται σε μεγάλη ποσότητα νερού (αν μετρηθεί σε γραμμομόρια, η ποσότητα τους είναι η ίδια σε λίτρα), οπότε η πίεση ατμών θα μειωθεί ελαφρώς.

Μέθοδος 3 από 3: Υπολογισμός πίεσης ατμού σε ειδικές περιπτώσεις

1. 1 Καθορισμός τυποποιημένων συνθηκών. Συχνά στη χημεία, οι τιμές θερμοκρασίας και πίεσης χρησιμοποιούνται ως ένα είδος "προεπιλεγμένης" τιμής. Αυτές οι τιμές ονομάζονται τυπική θερμοκρασία και πίεση (ή τυπικές συνθήκες). Σε προβλήματα πίεσης ατμού, συχνά αναφέρονται τυπικές συνθήκες, οπότε είναι καλύτερο να θυμόμαστε τις τυπικές τιμές:
   • Θερμοκρασία: 273,15 K / 0˚C / 32 F
   • Πίεση: 760 mmHg / 1 atm / 101.325 kPa
2. 2 Ξαναγράψτε την εξίσωση Clapeyron-Clausius για να βρείτε άλλες μεταβλητές. Το πρώτο τμήμα αυτού του άρθρου έδειξε πώς να υπολογίσετε τις πιέσεις ατμών καθαρών ουσιών. Ωστόσο, δεν απαιτούν όλα τα προβλήματα την εύρεση της πίεσης P1 ή P2. σε πολλά προβλήματα είναι απαραίτητο να υπολογιστεί η θερμοκρασία ή η τιμή του ΔH_vap... Σε τέτοιες περιπτώσεις, ξαναγράψτε την εξίσωση Clapeyron-Clausius απομονώνοντας το άγνωστο στη μία πλευρά της εξίσωσης.
   • Για παράδειγμα, δεδομένου ενός άγνωστου υγρού, η πίεση ατμών του οποίου είναι 25 Torr στους 273 Κ και 150 Torr στους 325 Κ. Είναι απαραίτητο να βρεθεί η ενθαλπία εξάτμισης αυτού του υγρού (δηλαδή, ΔH_vap). Η λύση σε αυτό το πρόβλημα:
   • ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1))
   • (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = (ΔH_vap/ R)
   • R × (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = ΔH_vap Τώρα αντικαταστήστε τις δεδομένες τιμές για εσάς:
   • 8.314 J / (K × mol) (-1,79) / (- 0,00059) = ΔH_vap
   • 8.314 J / (K × mol) × 3033.90 = ΔH_vap = 25223,83 J / mol
3. 3 Εξετάστε την πίεση ατμών του διαπερατού. Στο παράδειγμά μας από το δεύτερο τμήμα αυτού του άρθρου, η διαλυμένη ουσία - ζάχαρη - δεν εξατμίζεται, αλλά εάν η διαλυμένη ουσία παράγει ατμό (εξατμίζεται), θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η πίεση ατμού. Για να το κάνετε αυτό, χρησιμοποιήστε μια τροποποιημένη μορφή της εξίσωσης του Raoult: P_λύση = Σ (Ρ_ουσίαΧ_ουσία), όπου το σύμβολο Σ (σίγμα) σημαίνει ότι είναι απαραίτητο να προστεθούν οι τιμές των πιέσεων ατμού όλων των ουσιών που αποτελούν το διάλυμα.
   • Για παράδειγμα, σκεφτείτε ένα διάλυμα που αποτελείται από δύο χημικά: βενζόλιο και τολουόλιο. Ο συνολικός όγκος του διαλύματος είναι 120 χιλιοστόλιτρα (ml). 60 ml βενζολίου και 60 ml τολουολίου.Η θερμοκρασία του διαλύματος είναι 25 ° C και η πίεση ατμών στους 25 ° C είναι 95,1 mm Hg. για βενζόλιο και 28,4 mm Hg. για τολουόλιο. Είναι απαραίτητο να υπολογίσετε την πίεση ατμών του διαλύματος. Μπορούμε να το κάνουμε αυτό χρησιμοποιώντας τις πυκνότητες των ουσιών, το μοριακό τους βάρος και τις τιμές πίεσης ατμών:
   • Βάρος (βενζόλιο): 60 ml = 0,06 l × 876,50 kg / 1000 l = 0,053 kg = 53 g
   • Μάζα (τολουόλιο): 0,06 L × 866,90 kg / 1000 L = 0,052 kg = 52 g
   • Μόριο (βενζόλιο): 53 g × 1 mol / 78,11 g = 0,679 mol
   • Μόριο (τολουόλιο): 52 g × 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol
   • Συνολικός αριθμός κρεατοελιών: 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Μόριο κλάσμα (βενζόλιο): 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Μόριο κλάσμα (τολουόλιο): 0.564 / 1.243 = 0.454
   • Λύση: Ρ_λύση = Ρ_{βενζόλιο}Χ_{βενζόλιο} + Ρ_{τολουΐνη}Χ_{τολουΐνη}
   • Π_λύση = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • Π_λύση = 51,92 mm Hg. Τέχνη. + 12,89 mm Hg. Τέχνη. = 64,81 mmHg Τέχνη.

Συμβουλές

• Για να χρησιμοποιήσετε την εξίσωση Clapeyron Clausius, η θερμοκρασία πρέπει να καθοριστεί σε μοίρες Κέλβιν (συμβολίζεται με Κ). Εάν η θερμοκρασία σας δίνεται σε Κελσίου, πρέπει να τη μετατρέψετε χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο: Τ_κ = 273 + Τ_ντο
• Η παραπάνω μέθοδος λειτουργεί επειδή η ενέργεια είναι ευθέως ανάλογη με την ποσότητα θερμότητας. Η θερμοκρασία του υγρού είναι ο μόνος περιβαλλοντικός παράγοντας που επηρεάζει την πίεση ατμών.