Efni.

• Skref
• Aðferð 1 af 3: Notkun Clapeyron-Clausius jöfnunnar
• Aðferð 2 af 3: Reikningur gufuþrýstings í lausnum
• Aðferð 3 af 3: Reikningur gufuþrýstings í sérstökum tilvikum
• Ábendingar

Hefur þú einhvern tíma skilið eftir flösku af vatni í nokkrar klukkustundir undir steikjandi sólinni og heyrt „hvæsandi“ hljóð þegar þú opnar hana? Þetta hljóð stafar af gufuþrýstingi. Í efnafræði er gufuþrýstingur sá þrýstingur sem gufu vökva sem gufar upp í loftræstum lokuðum ílátum. Til að finna gufuþrýsting við tiltekið hitastig, notaðu Clapeyron-Clausius jöfnuna: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Skref

Aðferð 1 af 3: Notkun Clapeyron-Clausius jöfnunnar

1. 1 Skrifaðu niður Clapeyron-Clausius jöfnuna sem er notuð til að reikna út gufuþrýsting þegar hann breytist með tímanum. Þessa formúlu er hægt að nota við flest líkamleg og efnafræðileg vandamál. Jafnan lítur svona út: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)), hvar:
   • ΔH_vap Er andardráttur gufunar vökvans. Það er venjulega að finna í töflu í efnafræði kennslubókum.
   • R - gasfastur jafn 8,314 J / (K × mól)
   • T1 er upphafshiti (þar sem gufuþrýstingur er þekktur).
   • T2 er lokahiti (þar sem gufuþrýstingur er óþekktur).
   • P1 og P2 - gufuþrýstingur við hitastig T1 og T2, í sömu röð.
2. 2 Settu gildi magnanna sem þér eru gefin inn í Clapeyron-Clausius jöfnuna. Flest vandamál gefa tvö hitagildi og þrýstingsgildi, eða tvö þrýstingsgildi og hitastigsgildi.
   • Til dæmis inniheldur skip vökva við hitastigið 295 K og gufuþrýstingur þess er 1 andrúmsloft (1 atm). Finndu gufuþrýstinginn við 393 K. Hér er gefið þér tvö hitastig og þrýstingur, svo þú getur fundið annan þrýsting með Clapeyron-Clausius jöfnunni. Með því að skipta gildunum sem þér eru gefin í formúlunni færðu: ln (1 / P2) = (ΔH_vap/R) ((1/393) - (1/295)).
   • Vinsamlegast athugið að í Clapeyron-Clausius jöfnunni er hitastig alltaf mælt í kelvin og þrýstingi í hvaða mælieiningu (en þau verða að vera þau sömu fyrir P1 og P2).
3. 3 Skipta fastunum. Clapeyron-Clausius jöfnan inniheldur tvo fasta: R og ΔH_vap... R er alltaf 8,314 J / (K × mól). ΔH gildi_vap (uppgufunarlokun) fer eftir efninu, gufuþrýstingnum sem þú ert að reyna að finna; þessa fasta er venjulega að finna í töflu í efnafræðibókum eða á vefsíðum (til dæmis hér).
   • Í dæminu okkar, segjum að það sé vatn í skipinu. ΔH_vap vatn er jafnt 40,65 kJ / mól eða 40650 J / mól.
   • Settu fastann í formúluna og fáðu: ln (1/P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 Leysið jöfnuna með algebrískum aðgerðum.
   • Í dæminu okkar er óþekkta breytan undir merkjum náttúrulega logaritmans (ln). Til að losna við náttúrulega logaritminn, breyttu báðum hliðum jöfnunnar í kraft stærðfræðilegs fastans "e". Með öðrum orðum, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Nú leysa jöfnuna:
   • 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. Þetta er skynsamlegt, þar sem hækkun hitastigs í hermetískt lokuðu skipi um 100 gráður mun auka gufu, sem mun auka gufuþrýsting verulega.

Aðferð 2 af 3: Reikningur gufuþrýstings í lausnum

1. 1 Skrifaðu niður lög Raoults. Í raunveruleikanum eru hreinir vökvar sjaldgæfir; við glímum oft við lausnir. Lausn er gerð með því að bæta litlu magni af tilteknu efni sem kallast „leysir“ við stærra magn annars efnis sem kallast „leysir“. Þegar um lausnir er að ræða, notaðu lög Raoult:Bl_lausn = P_leysirX_leysir, hvar:
   • Bl_lausn Er gufuþrýstingur lausnarinnar.
   • Bl_leysir Er gufuþrýstingur leysisins.
   • X_leysir - mólhlutfall leysisins.
   • Ef þú veist ekki hvað mólbrot er, lestu áfram.
2. 2 Ákveðið hvaða efni verður leysirinn og hver verður leysirinn. Mundu að leyst efni er efni sem leysist upp í leysi og leysir er efni sem leysir upp leysiefni.
   • Lítum á sýróp dæmi. Til að fá síróp er einn hluti sykurs leystur upp í einum hluta af vatni, þannig að sykur er uppleyst og vatn er leysir.
   • Athugið að efnaformúlan fyrir súkrósa (venjulegur sykur) er C₁₂H₂₂O₁₁... Við munum þurfa það í framtíðinni.
3. 3 Finndu hitastig lausnarinnar þar sem hún mun hafa áhrif á gufuþrýsting hennar. Því hærra sem hitastigið er, því hærri er gufuþrýstingur, þar sem gufa eykst með hækkandi hitastigi.
   • Í dæminu okkar, segjum að hitastig sírópsins sé 298 K (um það bil 25 ° C).
4. 4 Finndu gufuþrýsting leysisins. Gufuþrýstingsgildi fyrir mörg algeng efni eru gefin upp í efnafræðihandbókum, en þau eru venjulega gefin við hitastig 25 ° C / 298 K eða við suðumark þeirra. Ef þú færð slíkan hita í vandamálinu skaltu nota gildin úr tilvísunarbókunum; annars þarftu að reikna út gufuþrýstinginn við tiltekið hitastig efnisins.
   • Til að gera þetta, notaðu Clapeyron-Clausius jöfnuna og skiptu út gufuþrýstingi og hitastigi 298 K (25 ° C) í stað P1 og T1.
   • Í dæminu okkar er hitastig lausnarinnar 25 ° C, svo notaðu gildið úr viðmiðunartöflunum - gufuþrýstingur vatns við 25 ° C er 23,8 mmHg.
5. 5 Finndu mólhluta leysisins. Til að gera þetta skaltu finna hlutfall fjölda móla efnis og heildarfjölda móls allra efna í lausninni. Með öðrum orðum, mólhlutfall hvers efnis er (fjöldi móla efnisins) / (heildarfjöldi mólna allra efna).
   • Segjum að þú notaðir 1 lítra af vatni og 1 lítra af súkrósa (sykri) til að búa til síróp. Í þessu tilfelli er nauðsynlegt að finna fjölda mólna af hverju efni. Til að gera þetta þarftu að finna massa hvers efnis og nota síðan mólmassa þessara efna til að fá mól.
   • Þyngd 1 lítra af vatni = 1000 g
   • Þyngd 1 lítra af sykri = 1056,7 g
   • Mól (vatn): 1000 g × 1 mól / 18,015 g = 55,51 mól
   • Mól (súkrósi): 1056,7 g × 1 mól / 342,2965 g = 3,08 mól (athugið að þú getur fundið mólmassa súkrósa úr efnaformúlu C þess₁₂H₂₂O₁₁).
   • Heildarfjöldi mólna: 55,51 + 3,08 = 58,59 mól
   • Mólhlutfall vatns: 55,51 / 58,59 = 0,947.
6. 6 Settu nú gögnin og fundin gildi magnanna í Raoult jöfnu sem gefin var í upphafi þessa kafla (Bl_lausn = P_leysirX_leysir).
   • Í dæminu okkar:
   • Bl_lausn = (23,8 mmHg) (0,947)
   • Bl_lausn = 22,54 mmHg Gr. Þetta er skynsamlegt þar sem lítið magn af sykri er leyst upp í miklu magni af vatni (ef mælt er í mólum; magn þeirra er það sama í lítrum), þannig að gufuþrýstingur mun minnka lítillega.

Aðferð 3 af 3: Reikningur gufuþrýstings í sérstökum tilvikum

1. 1 Skilgreining á stöðluðum skilyrðum. Oft í efnafræði eru hitastig og þrýstingsgildi notuð sem eins konar „sjálfgefið“ gildi. Þessi gildi eru kölluð staðall hitastig og þrýstingur (eða staðlaðar aðstæður). Í gufuþrýstingsvandamálum er oft nefnt staðlað ástand, svo það er betra að muna staðalgildin:
   • Hitastig: 273,15 K / 0˚C / 32 F
   • Þrýstingur: 760 mmHg / 1 atm / 101.325 kPa
2. 2 Endurskrifaðu Clapeyron-Clausius jöfnu til að finna aðrar breytur. Fyrsti hluti þessarar greinar sýndi hvernig á að reikna út gufuþrýsting hreinna efna. Hins vegar þurfa ekki öll vandamál að finna þrýstinginn P1 eða P2; í mörgum vandamálum er nauðsynlegt að reikna út hitastig eða gildi ΔH_vap... Í slíkum tilfellum skaltu endurskrifa Clapeyron-Clausius jöfnuna með því að einangra hið óþekkta á annarri hlið jöfnunnar.
   • Til dæmis, með hliðsjón af óþekktum vökva, gufuþrýstingur hans er 25 Torr við 273 K og 150 Torr við 325 K. Nauðsynlegt er að finna uppgufunarlok þessa vökva (það er ΔH_vap). Lausnin á þessu vandamáli:
   • 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 Settu nú upp gefin gildi fyrir þig:
   • 8,314 J / (K × mól) × (-1,79) / (- 0,00059) = ΔH_vap
   • 8,314 J / (K × mól) × 3033,90 = ΔH_vap = 25223,83 J / mól
3. 3 Íhugaðu gufuþrýsting í gegnum. Í dæminu okkar frá öðrum hluta þessarar greinar gufar uppleysta efnið - sykur - ekki upp, en ef uppleysta efnið framleiðir gufu (gufar upp) ætti að taka tillit til gufuþrýstingsins. Til að gera þetta skaltu nota breytt form jöfnu Raoults: P_lausn = Σ (bls_efniX_efni), þar sem táknið Σ (sigma) þýðir að nauðsynlegt er að bæta við gildum gufuþrýstings allra efna sem mynda lausnina.
   • Íhugaðu til dæmis lausn úr tveimur efnum: bensen og tólúen. Heildarrúmmál lausnarinnar er 120 millilítrar (ml); 60 ml af benseni og 60 ml af tólúeni.Hitastig lausnarinnar er 25 ° C og gufuþrýstingur við 25 ° C er 95,1 mm Hg. fyrir bensen og 28,4 mm Hg. fyrir tólúen. Nauðsynlegt er að reikna út gufuþrýsting lausnarinnar. Við getum gert þetta með því að nota þéttleika efna, mólþunga þeirra og gufuþrýstingsgildi:
   • Þyngd (bensen): 60 ml = 0,06 l × 876,50 kg / 1000 l = 0,053 kg = 53 g
   • Massi (tólúen): 0,06 L × 866,90 kg / 1000 L = 0,052 kg = 52 g
   • Mól (bensen): 53 g × 1 mól / 78,11 g = 0,679 mól
   • Mól (tólúen): 52 g × 1 mól / 92,14 g = 0,564 mól
   • Heildarfjöldi mólna: 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Mólhlutfall (bensen): 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Mólhlutfall (tólúen): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Lausn: P_lausn = P_bensenX_bensen + Bls_tólúenX_tólúen
   • Bl_lausn = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • Bl_lausn = 51,92 mm Hg. Gr. + 12,89 mm Hg. Gr. = 64,81 mmHg Gr.

Ábendingar

• Til að nota Clapeyron Clausius jöfnu verður hitastigið að tilgreina í gráðum Kelvin (táknað með K). Ef hitastigið er gefið upp í Celsíus þarftu að breyta því með eftirfarandi formúlu: T_k = 273 + T_c
• Ofangreind aðferð virkar vegna þess að orka er í réttu hlutfalli við hitamagnið. Hitastig vökvans er eini umhverfisþátturinn sem hefur áhrif á gufuþrýstinginn.