Sisältö

• Askeleet
• Menetelmä 1/3: Clapeyron-Clausius-yhtälön käyttäminen
• Menetelmä 2/3: Höyrynpaineen laskeminen liuoksissa
• Tapa 3/3: Höyrynpaineen laskeminen erityistapauksissa
• Vinkkejä

Oletko koskaan jättänyt vesipullon usean tunnin ajaksi paahtavan auringon alla ja kuullut "sihisevän" äänen, kun avaat sen? Tämä ääni johtuu höyrynpaineesta. Kemiassa höyrynpaine on paine, jonka aiheuttaa ilmatiiviisti suljetussa astiassa haihtuvan nesteen höyry. Löydä höyrynpaine tietyssä lämpötilassa käyttämällä Clapeyron-Clausius-yhtälöä: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Askeleet

Menetelmä 1/3: Clapeyron-Clausius-yhtälön käyttäminen

1. 1 Kirjoita ylös Clapeyron-Clausius-yhtälö, jota käytetään laskettaessa höyrynpaine sen muuttuessa ajan mittaan. Tätä kaavaa voidaan käyttää useimpiin fyysisiin ja kemiallisiin ongelmiin. Yhtälö näyttää tältä: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)), missä:
   • ΔH_vap Onko nesteen höyrystymisen entalpia. Se löytyy yleensä kemian oppikirjojen taulukosta.
   • R - kaasuvakio 8,314 J / (K × mol)
   • T1 on alkulämpötila (jossa höyrynpaine tunnetaan).
   • T2 on lopullinen lämpötila (jossa höyrynpaine ei ole tiedossa).
   • P1 ja P2 - höyrynpaine lämpötiloissa T1 ja T2.
2. 2 Korvaa sinulle annettujen määrien arvot Clapeyron-Clausius-yhtälöön. Useimmat ongelmat antavat kaksi lämpötila -arvoa ja painearvon tai kaksi paine -arvoa ja lämpötila -arvon.
   • Esimerkiksi astia sisältää nestettä, jonka lämpötila on 295 K, ja sen höyrynpaine on 1 atmosfääri (1 atm). Etsi höyrynpaine 393 K: ssa. Tässä on kaksi lämpötilaa ja paine, joten voit löytää eri paineen käyttämällä Clapeyron-Clausius-yhtälöä. Korvaamalla kaavassa annetut arvot saat: ln (1 / P2) = (ΔH_vap/R) ((1/393) - (1/295)).
   • Huomaa, että Clapeyron-Clausius -yhtälössä lämpötila mitataan aina kelvineinä ja paine missä tahansa mittayksikössä (mutta niiden on oltava samat P1: lle ja P2: lle).
3. 3 Korvaa vakiot. Clapeyron-Clausius-yhtälö sisältää kaksi vakioita: R ja ΔH_vap... R on aina 8,314 J / (K × mol). ΔH -arvo_vap (höyrystymisen entalpia) riippuu aineesta, jonka höyrynpainetta yrität löytää; tämä vakio löytyy yleensä kemian oppikirjojen taulukosta tai verkkosivuilta (esimerkiksi täältä).
   • Esimerkissämme sanotaan, että astiassa on vettä. ΔH_vap vesi on 40,65 kJ / mol tai 40650 J / mol.
   • Liitä vakiot kaavaan ja saat: ln (1/P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 Ratkaise yhtälö algebrallisten operaatioiden avulla.
   • Esimerkissämme tuntematon muuttuja on luonnollisen logaritmin (ln) merkin alla. Päästä eroon luonnollisesta logaritmista muuntamalla yhtälön molemmat puolet matemaattisen vakion "e" tehoksi. Toisin sanoen, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Ratkaise nyt yhtälö:
   • 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. Tämä on järkevää, koska lämpötilan nostaminen ilmatiiviisti suljetussa astiassa 100 astetta lisää höyrystymistä, mikä lisää merkittävästi höyrynpainetta.

Menetelmä 2/3: Höyrynpaineen laskeminen liuoksissa

1. 1 Kirjoita ylös Raoultin laki. Todellisessa elämässä puhtaat nesteet ovat harvinaisia; käsittelemme usein ratkaisuja. Liuos valmistetaan lisäämällä pieni määrä tiettyä kemikaalia, jota kutsutaan "liuenneeksi aineeksi", suurempaan määrään toista kemikaalia, jota kutsutaan "liuottimeksi". Ratkaisujen tapauksessa käytä Raoultin lakia:P_ratkaisu = P_liuotinX_liuotin, missä:
   • P_ratkaisu Onko liuoksen höyrynpaine.
   • P_liuotin Onko liuottimen höyrynpaine.
   • X_liuotin - liuottimen mooliosuus.
   • Jos et tiedä, mikä moolifraktio on, lue.
2. 2 Määritä, mikä aine on liuotin ja mikä liukeneva aine. Muista, että liuennut aine on aine, joka liukenee liuottimeen, ja liuotin on aine, joka liuottaa liuenneen aineen.
   • Harkitse siirappiesimerkkiä. Siirapin saamiseksi yksi osa sokeria liuotetaan yhteen osaan vettä, joten sokeri on liuennut aine ja vesi on liuotin.
   • Huomaa, että sakkaroosin (tavallinen sokeri) kemiallinen kaava on C₁₂H₂₂O₁₁... Tarvitsemme sitä tulevaisuudessa.
3. 3 Etsi liuoksen lämpötila, koska se vaikuttaa sen höyrynpaineeseen. Mitä korkeampi lämpötila, sitä suurempi höyrynpaine, koska höyrystyminen lisääntyy lämpötilan noustessa.
   • Esimerkissämme oletetaan, että siirapin lämpötila on 298 K (noin 25 ° C).
4. 4 Etsi liuottimen höyrynpaine. Monien yleisten kemikaalien höyrynpainearvot on annettu kemian käsikirjoissa, mutta ne annetaan tyypillisesti 25 ° C / 298 K lämpötilassa tai niiden kiehumispisteissä. Jos ongelmassa sinulle annetaan tällaisia ​​lämpötiloja, käytä viitekirjojen arvoja; Muussa tapauksessa sinun on laskettava höyrynpaine tietyssä aineen lämpötilassa.
   • Käytä tätä Clapeyron-Clausius-yhtälöä korvaamalla höyrynpaine ja lämpötila 298 K (25 ° C) P1: n ja T1: n sijasta.
   • Esimerkissämme liuoksen lämpötila on 25 ° C, joten käytä vertailutaulukoiden arvoa - veden höyrynpaine 25 ° C: ssa on 23,8 mmHg.
5. 5 Etsi liuottimen mooliosuus. Tätä varten etsi aineen moolimäärän suhde liuoksen kaikkien aineiden moolien kokonaismäärään. Toisin sanoen kunkin aineen mooliosuus on (aineen moolimäärä) / (kaikkien aineiden moolien kokonaismäärä).
   • Oletetaan, että käytit 1 litraa vettä ja 1 litraa sakkaroosia (sokeria) siirapin valmistamiseen. Tässä tapauksessa on tarpeen löytää kunkin aineen moolimäärä. Tätä varten sinun on löydettävä kunkin aineen massa ja käytettävä sitten näiden aineiden moolimassaa moolien saamiseksi.
   • 1 litran veden paino = 1000 g
   • 1 litran sokerin paino = 1056,7 g
   • Mooli (vesi): 1000 g × 1 mol / 18,015 g = 55,51 mol
   • Mooli (sakkaroosi): 1056,7 g × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 mol (huomaa, että sakkaroosin moolimassa löytyy sen kemiallisesta kaavasta C₁₂H₂₂O₁₁).
   • Moolien kokonaismäärä: 55,51 + 3,08 = 58,59 mol
   • Veden mooliosuus: 55,51 / 58,59 = 0,947.
6. 6 Kytke nyt määrät ja löydetyt arvot tämän luvun alussa annettuun Raoult -yhtälöön (P_ratkaisu = P_liuotinX_liuotin).
   • Esimerkissämme:
   • P_ratkaisu = (23,8 mmHg) (0,947)
   • P_ratkaisu = 22,54 mmHg Taide. Tämä on järkevää, koska pieni määrä sokeria liuotetaan suureen määrään vettä (jos mitataan mooleina; niiden määrä on sama litroina), joten höyrynpaine laskee hieman.

Tapa 3/3: Höyrynpaineen laskeminen erityistapauksissa

1. 1 Vakioehtojen määritelmä. Usein kemiassa lämpö- ja painearvoja käytetään eräänlaisena "oletusarvona". Näitä arvoja kutsutaan vakiolämpötilaksi ja -paineeksi (tai vakio -olosuhteiksi). Höyrynpaineongelmissa mainitaan usein vakio -olosuhteet, joten on parempi muistaa vakioarvot:
   • Lämpötila: 273,15 K / 0˚C / 32 F
   • Paine: 760 mmHg / 1 atm / 101,325 kPa
2. 2 Kirjoita Clapeyron-Clausius-yhtälö uudelleen löytääksesi muita muuttujia. Tämän artikkelin ensimmäinen osa näytti kuinka laskea puhtaiden aineiden höyrynpaineet. Kaikki ongelmat eivät kuitenkaan edellytä paineen P1 tai P2 löytämistä; monissa ongelmissa on tarpeen laskea lämpötila tai ΔH -arvo_vap... Kirjoita tällaisissa tapauksissa Clapeyron-Clausius-yhtälö uudelleen eristämällä tuntematon yhtälön toiselle puolelle.
   • Esimerkiksi kun kyseessä on tuntematon neste, jonka höyrynpaine on 25 Torr 273 K: ssa ja 150 Torr 325 K: ssa. On löydettävä tämän nesteen höyrystymisen entalpia (eli ΔH_vap). Ratkaisu tähän ongelmaan:
   • 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 Korvaa nyt annetut arvot:
   • 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 Ota huomioon permeaatin höyrynpaine. Tämän artikkelin toisen osan esimerkissämme liukeneva aine - sokeri - ei haihtu, mutta jos liuenneesta aineesta muodostuu höyryä (haihtuu), höyrynpaine on otettava huomioon. Käytä tätä Raoultin yhtälön muokattua muotoa: P_ratkaisu = Σ (s_aineX_aine), jossa symboli Σ (sigma) tarkoittaa, että on tarpeen lisätä kaikkien liuoksen muodostavien aineiden höyrynpainearvot.
   • Harkitse esimerkiksi ratkaisua, joka koostuu kahdesta kemikaalista: bentseenistä ja tolueenista. Liuoksen kokonaistilavuus on 120 millilitraa (ml); 60 ml bentseeniä ja 60 ml tolueenia.Liuoksen lämpötila on 25 ° C ja höyrynpaine 25 ° C: ssa on 95,1 mmHg. bentseenille ja 28,4 mmHg: lle. tolueenille. On tarpeen laskea liuoksen höyrynpaine. Voimme tehdä tämän käyttämällä aineiden tiheyksiä, niiden molekyylipainoja ja höyrynpainearvoja:
   • Paino (bentseeni): 60 ml = 0,06 l × 876,50 kg / 1000 l = 0,053 kg = 53 g
   • Massa (tolueeni): 0,06 L × 866,90 kg / 1000 L = 0,052 kg = 52 g
   • Mooli (bentseeni): 53 g × 1 mol / 78,11 g = 0,679 mol
   • Mooli (tolueeni): 52 g × 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol
   • Moolien kokonaismäärä: 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Moolijae (bentseeni): 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Moolifraktio (tolueeni): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Ratkaisu: P._ratkaisu = P_bentseeniX_bentseeni + P._tolueeniX_tolueeni
   • P_ratkaisu = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • P_ratkaisu = 51,92 mm Hg. Taide. + 12,89 mm Hg. Taide. = 64,81 mmHg Taide.

Vinkkejä

• Clapeyron Clausius -yhtälön käyttämiseksi lämpötila on määritettävä Kelvin -asteina (merkitty K: llä). Jos lämpötila ilmoitetaan celsiusasteina, sinun on muunnettava se seuraavan kaavan avulla: T_k = 273 + T._c
• Yllä oleva menetelmä toimii, koska energia on suoraan verrannollinen lämmön määrään. Nesteen lämpötila on ainoa ympäristötekijä, joka vaikuttaa höyrynpaineeseen.