Saturs

• Soļi
• 1. metode no 3: izmantojot Clapeyron-Clausius vienādojumu
• 2. metode no 3: Tvaika spiediena aprēķināšana šķīdumos
• 3. metode no 3: Tvaika spiediena aprēķināšana īpašos gadījumos
• Padomi

Vai esat kādreiz atstājis ūdens pudeli uz vairākām stundām zem degošās saules un atverot to dzirdējis “šņukstošu” skaņu? Šo skaņu izraisa tvaika spiediens. Ķīmijā tvaika spiediens ir spiediens, ko rada šķidruma tvaiki, kas iztvaiko hermētiski noslēgtā traukā. Lai noteiktu tvaika spiedienu noteiktā temperatūrā, izmantojiet Clapeyron-Clausius vienādojumu: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Soļi

1. metode no 3: izmantojot Clapeyron-Clausius vienādojumu

1. 1 Pierakstiet Clapeyron-Clausius vienādojumu, ko izmanto, lai aprēķinātu tvaika spiedienu, kas laika gaitā mainās. Šo formulu var izmantot lielākajai daļai fizisko un ķīmisko problēmu. Vienādojums izskatās šādi: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)), kur:
   • ΔH_vap Vai ir šķidruma iztvaikošanas entalpija. To parasti var atrast tabulā ķīmijas mācību grāmatās.
   • R - gāzes konstante 8,314 J / (K × mol)
   • T1 ir sākotnējā temperatūra (pie kuras ir zināms tvaika spiediens).
   • T2 ir galīgā temperatūra (pie kuras tvaika spiediens nav zināms).
   • P1 un P2 - tvaika spiediens attiecīgi temperatūrā T1 un T2.
2. 2 Aizstājiet jums doto daudzumu vērtības Clapeyron-Clausius vienādojumā. Lielākā daļa problēmu sniedz divas temperatūras vērtības un spiediena vērtību, vai divas spiediena vērtības un temperatūras vērtību.
   • Piemēram, traukā ir šķidrums 295 K temperatūrā, un tā tvaika spiediens ir 1 atmosfēra (1 atm). Atrodiet tvaika spiedienu pie 393 K. Šeit jums ir norādītas divas temperatūras un spiediens, lai jūs varētu atrast atšķirīgu spiedienu, izmantojot Clapeyron-Clausius vienādojumu. Aizstājot formulā norādītās vērtības, jūs iegūstat: ln (1 / P2) = (ΔH_vap/R) ((1/393) - (1/295)).
   • Lūdzu, ņemiet vērā, ka Clapeyron-Clausius vienādojumā temperatūra vienmēr tiek mērīta kelvinos, bet spiediens-jebkurā mērvienībā (bet tiem jābūt vienādiem attiecībā uz P1 un P2).
3. 3 Aizstāt konstantes. Clapeyron-Clausius vienādojumā ir divas konstantes: R un ΔH_vap... R vienmēr ir 8,314 J / (K × mol). ΔH vērtība_vap (iztvaikošanas entalpija) ir atkarīga no vielas, kuras tvaika spiedienu jūs mēģināt atrast; šo konstanti parasti var atrast tabulā ķīmijas mācību grāmatās vai tīmekļa vietnēs (piemēram, šeit).
   • Mūsu piemērā pieņemsim, ka traukā ir ūdens. ΔH_vap ūdens ir vienāds ar 40,65 kJ / mol vai vienāds ar 40650 J / mol.
   • Pievienojiet konstantes formulai un iegūstiet: ln (1/P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 Atrisiniet vienādojumu, izmantojot algebriskās operācijas.
   • Mūsu piemērā nezināmais mainīgais atrodas zem dabiskā logaritma (ln) zīmes. Lai atbrīvotos no dabiskā logaritma, konvertējiet abas vienādojuma puses uz matemātiskās konstantes "e" jaudu. Citiem vārdiem sakot, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Tagad atrisiniet vienādojumu:
   • ln (1 / P2) = (40650 / 8.314) ((1/393) - (1/295))
   • ln (1 / P2) = (4889,34) (- 0,00084)
   • (1 / P2) = e
   • 1 / P2 = 0,0165
   • P2 = 0,0165 = 60,76 atm. Tam ir jēga, jo temperatūras paaugstināšana hermētiski noslēgtā traukā par 100 grādiem palielinās iztvaikošanu, kas ievērojami palielinās tvaika spiedienu.

2. metode no 3: Tvaika spiediena aprēķināšana šķīdumos

1. 1 Pierakstiet Rula likumu. Reālajā dzīvē tīri šķidrumi ir reti sastopami; mēs bieži risinām risinājumus. Šķīdumu iegūst, pievienojot nelielu daudzumu noteiktas ķīmiskas vielas, ko sauc par "izšķīdušo vielu", lielākam daudzumam citas ķīmiskās vielas, ko sauc par "šķīdinātāju". Risinājumu gadījumā izmantojiet Raoult likumu:Lpp_risinājums = P._{šķīdinātājs}X_{šķīdinātājs}, kur:
   • Lpp_risinājums Vai šķīduma tvaika spiediens.
   • Lpp_{šķīdinātājs} Vai ir šķīdinātāja tvaika spiediens.
   • X_{šķīdinātājs} - šķīdinātāja molu daļa.
   • Ja jūs nezināt, kas ir molu daļa, lasiet tālāk.
2. 2 Nosakiet, kura viela būs šķīdinātājs un kura būs izšķīdušā viela. Atgādiniet, ka izšķīdušā viela ir viela, kas izšķīst šķīdinātājā, un šķīdinātājs ir viela, kas izšķīdina izšķīdušo vielu.
   • Apsveriet sīrupa piemēru. Lai iegūtu sīrupu, vienu cukura daļu izšķīdina vienā ūdens daļā, tāpēc cukurs ir šķīstoša viela, bet ūdens - šķīdinātājs.
   • Ņemiet vērā, ka saharozes (parastā cukura) ķīmiskā formula ir C₁₂H₂₂O₁₁... Mums tas būs vajadzīgs nākotnē.
3. 3 Atrodiet šķīduma temperatūru, jo tas ietekmēs tā tvaika spiedienu. Jo augstāka temperatūra, jo augstāks tvaika spiediens, jo, paaugstinoties temperatūrai, iztvaikošana palielinās.
   • Mūsu piemērā pieņemsim, ka sīrupa temperatūra ir 298 K (apmēram 25 ° C).
4. 4 Atrodiet šķīdinātāja tvaika spiedienu. Tvaika spiediena vērtības daudzām parastajām ķimikālijām ir norādītas ķīmijas rokasgrāmatās, bet parasti tās tiek norādītas temperatūrā 25 ° C / 298 K vai to viršanas temperatūrā. Ja uzdevumā jums tiek dota šāda temperatūra, izmantojiet atsauces grāmatu vērtības; pretējā gadījumā jums jāaprēķina tvaika spiediens noteiktā vielas temperatūrā.
   • Lai to izdarītu, izmantojiet Clapeyron-Clausius vienādojumu, aizstājot tvaika spiedienu un temperatūru 298 K (25 ° C), nevis attiecīgi P1 un T1.
   • Mūsu piemērā šķīduma temperatūra ir 25 ° C, tāpēc izmantojiet vērtību no atsauces tabulām - ūdens tvaika spiediens 25 ° C temperatūrā ir 23,8 mmHg.
5. 5 Atrodiet šķīdinātāja molu daļu. Lai to izdarītu, atrodiet vielas molu skaita attiecību pret visu šķīdumā esošo vielu kopējo molu skaitu. Citiem vārdiem sakot, katras vielas molu daļa ir (vielas molu skaits) / (visu vielu kopējais molu skaits).
   • Pieņemsim, ka sīrupa pagatavošanai izmantojāt 1 litru ūdens un 1 litru saharozes (cukura). Šajā gadījumā ir jāatrod katras vielas molu skaits. Lai to izdarītu, jums jāatrod katras vielas masa un pēc tam jāizmanto šo vielu molmasas, lai iegūtu molu.
   • 1 litra ūdens svars = 1000 g
   • 1 litra cukura svars = 1056,7 g
   • Mols (ūdens): 1000 g × 1 mol / 18,015 g = 55,51 mol
   • Mols (saharoze): 1056,7 g × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 mol (ņemiet vērā, ka saharozes molmasu var atrast no tās ķīmiskās formulas C₁₂H₂₂O₁₁).
   • Kopējais molu skaits: 55,51 + 3,08 = 58,59 mol
   • Ūdens molu daļa: 55,51 / 58,59 = 0,947.
6. 6 Tagad pievienojiet datus un atrastās daudzuma vērtības Raoult vienādojumā, kas dots šīs sadaļas sākumā (Lpp_risinājums = P._{šķīdinātājs}X_{šķīdinātājs}).
   • Mūsu piemērā:
   • Lpp_risinājums = (23,8 mmHg) (0,947)
   • Lpp_risinājums = 22,54 mmHg Art. Tam ir jēga, jo neliels cukura daudzums tiek izšķīdināts lielā ūdens daudzumā (ja to mēra molu veidā; to daudzums litros ir vienāds), tāpēc tvaika spiediens nedaudz samazināsies.

3. metode no 3: Tvaika spiediena aprēķināšana īpašos gadījumos

1. 1 Standarta nosacījumu definīcija. Bieži ķīmijā temperatūras un spiediena vērtības tiek izmantotas kā sava veida "noklusējuma" vērtība. Šīs vērtības sauc par standarta temperatūru un spiedienu (vai standarta apstākļiem). Tvaika spiediena problēmās bieži tiek minēti standarta apstākļi, tāpēc labāk atcerēties standarta vērtības:
   • Temperatūra: 273,15 K / 0˚C / 32 F
   • Spiediens: 760 mmHg / 1 atm / 101,325 kPa
2. 2 Pārrakstiet Clapeyron-Clausius vienādojumu, lai atrastu citus mainīgos. Šī raksta pirmajā sadaļā tika parādīts, kā aprēķināt tīru vielu tvaika spiedienu. Tomēr ne visām problēmām ir jāatrod spiediens P1 vai P2; daudzās problēmās ir jāaprēķina temperatūra vai ΔH vērtība_vap... Šādos gadījumos pārrakstiet Clapeyron-Clausius vienādojumu, izolējot nezināmo vienādojuma vienā pusē.
   • Piemēram, ņemot vērā nezināmu šķidrumu, kura tvaika spiediens ir 25 Torr pie 273 K un 150 Torr pie 325 K. Ir jāatrod šī šķidruma iztvaikošanas entalpija (tas ir, ΔH_vap). Šīs problēmas risinājums:
   • 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 Tagad aizstājiet norādītās vērtības:
   • 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 Apsveriet permeāta tvaika spiedienu. Mūsu piemērā no šī raksta otrās sadaļas izšķīdušā viela - cukurs - neiztvaiko, bet, ja šķīstošā viela rada tvaiku (iztvaiko), jāņem vērā tvaika spiediens. Lai to izdarītu, izmantojiet modificētu Raoult vienādojuma formu: P_risinājums = Σ (Lpp_vielaX_viela), kur simbols Σ (sigma) nozīmē, ka jāpievieno visu vielu, kas veido šķīdumu, tvaika spiediena vērtības.
   • Piemēram, apsveriet risinājumu, kas izgatavots no divām ķīmiskām vielām: benzola un toluola. Kopējais šķīduma tilpums ir 120 mililitri (ml); 60 ml benzola un 60 ml toluola.Šķīduma temperatūra ir 25 ° C, un tvaika spiediens 25 ° C temperatūrā ir 95,1 mm Hg. attiecībā uz benzolu un 28,4 mm Hg. attiecībā uz toluolu. Ir nepieciešams aprēķināt šķīduma tvaika spiedienu. Mēs to varam izdarīt, izmantojot vielu blīvumu, to molekulmasu un tvaika spiediena vērtības:
   • Svars (benzols): 60 ml = 0,06 l × 876,50 kg / 1000 l = 0,053 kg = 53 g
   • Masa (toluols): 0,06 L × 866,90 kg / 1000 L = 0,052 kg = 52 g
   • Mols (benzols): 53 g × 1 mol / 78,11 g = 0,679 mol
   • Mols (toluols): 52 g × 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol
   • Kopējais molu skaits: 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Molu frakcija (benzols): 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Molu frakcija (toluols): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Risinājums: P._risinājums = P._benzolsX_benzols + P._toluolsX_toluols
   • Lpp_risinājums = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • Lpp_risinājums = 51,92 mm Hg. Art. + 12,89 mm Hg. Art. = 64,81 mmHg Art.

Padomi

• Lai izmantotu Clapeyron Clausius vienādojumu, temperatūra jānorāda Kelvina grādos (apzīmēta ar K). Ja jūsu temperatūra ir norādīta pēc Celsija, tā jāpārvērš, izmantojot šādu formulu: T_k = 273 + T._c
• Iepriekš minētā metode darbojas, jo enerģija ir tieši proporcionāla siltuma daudzumam. Šķidruma temperatūra ir vienīgais vides faktors, kas ietekmē tvaika spiedienu.