Vsebina

• Koraki
• Nasvet

Ste že kdaj nekaj ur pustili steklenico vode na soncu, nato odprli pokrov in zaslišali majhen "pop"? Ta zvok je zapadel parni tlak v steklenički za vzrok. V kemiji je parni tlak tlak, ki deluje na steno zaprte posode, ko tekočina v posodi izhlapi (se spremeni v plin). Za iskanje parnega tlaka pri znani temperaturi uporabite enačbo Clausius-Clapeyron: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Koraki

Metoda 1 od 3: Uporabite Clausius-Clapeyronovo enačbo

1. 

   Napišite enačbo Clausius-Clapeyron. Ko razmišljamo o spremembi parnega tlaka skozi čas, je formula za izračun parnega tlaka enačba Clausius-Clapeyron (poimenovana po fizikih Rudolfu Clausiusu in Benoîtu Paulu Émileu Clapeyronu). To je pogosto uporabljena formula za reševanje pogostih težav s parnim tlakom v fiziki in kemiji. Formula je zapisana na naslednji način: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)). V tej formuli spremenljivke predstavljajo:
   • ΔH_vap: Entalpija izhlapevanja tekočin. To vrednost najdete v tabeli na koncu učbenika kemije.
   • R: Idealna plinska konstanta in enaka 8.314 J / (K × Mol).
   • T1: Temperatura, pri kateri je znan parni tlak (začetna temperatura).
   • T2: Temperatura, pri kateri je potreben parni tlak (končna temperatura).
   • P1 in P2: Ustrezni parni tlak pri temperaturah T1 in T2.

2. 

   
   
   Nadomestite znane vrednosti za spremenljivke. Enačba Clausius-Clapeyron je videti precej zapletena, ker obstaja veliko različnih spremenljivk, vendar ni preveč težko, če problem daje dovolj informacij. Najosnovnejši problemi s tlakom pare vam bodo dali dve vrednosti temperature in eno vrednost tlaka ali dve vrednosti tlaka in eno vrednost temperature - ko imate te podatke, je to enostavno rešiti.
   • Denimo, da je težava v posodi s tekočino pri 295 K in s parnim tlakom 1 atmosfera (atm). Vprašanje je: Kolikšen je parni tlak pri temperaturi 393 K? Imamo dve vrednosti za temperaturo in eno za tlak, zato je za preostali tlak mogoče rešiti z uporabo enačbe Clausius-Clapeyron. Dajanje vrednosti v spremenljivke imamo ln (1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1/393) - (1/295)).
   • Za enačbo Clausius-Clapeyron moramo vedno uporabiti temperaturno vrednost Kelvin. Uporabite lahko katero koli vrednost tlaka, če je v enakih enotah tako za P1 kot za P2.

3. 

   
   
   Zamenjajte konstante. Clausius-Clapeyronova enačba ima dve konstanti: R in ΔH_vap. R je vedno enako 8.314 J / (K × Mol). Vendar je ΔH_vap (hlapljiva entalpija) je odvisna od vrste uparjalne tekočine, ki jo daje težava. S tem lahko poiščete vrednosti ΔH_vap različnih snovi na koncu učbenika za kemijo ali fiziko ali pa jih poiščite na spletu (na primer tukaj.)
   • V zgornjem primeru predpostavimo, da je tekočina čista voda. Če poiščete vrednost tabele H_vap, imamo ΔH_vap prečiščene vode je približno 40,65 kJ / mol. Ker vrednost H uporablja joulove enote, jo moramo pretvoriti v 40.650 J / mol.
   • Če v enačbo postavimo konstante, imamo ln (1 / P2) = (40.650 / 8.314) ((1/393) - (1/295)).

4. 

   
   
   Reši enačbo. Ko v spremenljivke enačbe vstavite vse vrednosti, razen spremenljivke, ki jo izračunamo, nadaljujte z reševanjem enačbe po običajnem algebrskem principu.
   • Najtežja točka pri reševanju enačbe (ln (1 / P2) = (40.650 / 8.314) ((1/393) - (1/295))) je obdelava naravne logaritemske funkcije (ln). Za odpravo funkcije naravnega dnevnika uporabite obe strani enačbe kot eksponent matematične konstante e. Z drugimi besedami, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Zdaj pa rešimo enačbo primera:
   • ln (1 / P2) = (40.650 / 8.314) ((1/393) - (1/295))
   • ln (1 / P2) = (4.889,34) (- 0.00084)
   • (1 / P2) = e
   • 1 / P2 = 0,0165
   • P2 = 0,0165 = 60,76 atm. Ta vrednost je razumna - v zaprti posodi, ko se temperatura poveča za skoraj 100 stopinj (na temperaturo približno 20 stopinj nad vreliščem vode), nastane veliko pare, zato se bo tlak povečal. veliko.
   oglas

Metoda 2 od 3: Poiščite parni tlak raztopljene raztopine

1. 

   Napišite Raoultov zakon. Dejansko redko delamo s čistimi tekočinami - pogosto moramo delati z mešanicami številnih različnih snovi. Nekatere običajne mešanice nastanejo z raztapljanjem majhne količine kemikalije, imenovane topljen v veliki količini drugih kemikalij, imenovanih Topilo oblikovati rešitev. V tem primeru moramo poznati enačbo za Raoultov zakon (poimenovan po fiziku François-Marie Raoult), ki je videti takole: P_rešitev= P_TopiloX_Topilo. V tej formuli spremenljivke predstavljajo:
   • P_rešitev: Parni tlak celotne raztopine (vsi sestavni deli raztopine)
   • P_Topilo: Parni tlak topila
   • X_Topilo: Molska frakcija topila.
   • Ne skrbite, če še ne poznate izraza "molarni del" - to bomo razložili v naslednjih korakih.

2. 

   Ločite topila in topila v raztopini. Preden izračunate parni tlak raztopine, morate prepoznati snovi, ki jih daje težava. Upoštevajte, da raztopina nastane, ko se topilo raztopi v topilu - raztopljena kemikalija je vedno topljena snov, kemikalija, ki opravi to nalogo, pa je topilo.
   • V tem poglavju bomo za ponazoritev zgornjih konceptov uporabili preprost primer. Recimo, da želimo najti parni tlak raztopine sirupa. Običajno sirup pripravimo iz enega dela sladkorja, raztopljenega v enem delu vode, zato pravimo sladkor je topljena snov, voda pa topilo.
   • Opomba: kemijska formula saharoze (granulirani sladkor) je C₁₂H₂₂O₁₁. Te informacije se vam bodo zdele zelo pomembne.

3. 

   Poiščite temperaturo raztopine. Kot vidimo v prej omenjenem odseku Clausius Clapeyron, bo temperatura tekočine vplivala na njen parni tlak. Na splošno velja, da višja kot je temperatura, višji je parni tlak - ko temperatura narašča, več tekočine izhlapi in poveča tlak v posodi.
   • V tem primeru predpostavimo, da je trenutna temperatura sirupa enaka 298 K (približno 25 ° C).

4. 

   Poiščite parni tlak topila. Kemijske reference običajno dajejo vrednosti parnega tlaka za številne običajne snovi in ​​zmesi, običajno pa le vrednosti tlaka pri 25 ° C / 298 K ali pri temperaturi vrelišča. Če ima vaša raztopina to temperaturo, lahko uporabite referenčno vrednost, sicer morate najti parni tlak pri začetni temperaturi raztopine.
   • Tu lahko pomaga Clausius-Clapeyronova enačba z uporabo tlaka in temperature 298 K (25 C) za P1 in T1.
   • V tem primeru ima zmes temperaturo 25 ° C, zato lahko uporabimo iskalno tabelo. Vodo vidimo pri 25 ° C s parnim tlakom 23,8 mmHg

5. 

   Poiščite molsko frakcijo topila. Zadnja stvar, ki jo morate storiti pred reševanjem rezultatov, je najti molsko frakcijo topila. To je precej enostavno: samo pretvorite sestavine v mole in nato poiščite odstotek vseh molov mešanice. Z drugimi besedami, molski del vsake komponente je enak (število molov zmesi) / (skupno molov zmesi).
   • Predpostavimo, da je recept za sirup 1 liter (L) vode in 1 liter saharoze (sladkor). Potem moramo najti število molov posamezne sestavine. Za to bomo našli mase vsake komponente, nato pa z molsko maso teh komponent izdelali mole.
   • Teža (1 L vode): 1.000 gramov (g)
   • Teža (1 L surovega sladkorja): približno 1056,7 g
   • Število molov (voda): 1.000 gramov × 1 mol / 18.015 g = 55,51 mol
   • Moli (sladkor): 1.056,7 gramov × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 mol (upoštevajte, da molsko maso sladkorja najdete iz njegove kemijske formule, C₁₂H₂₂O₁₁.)
   • Skupno molov: 55,51 + 3,08 = 58,59 molov
   • Molski delež vode: 55,51 / 58,59 = 0,947

6. 

   Rešite rezultate. Končno imamo dovolj podatkov za rešitev Raoultove enačbe. To je zelo enostavno: vrednosti vključite v spremenljivke enačbe Raoultove teoreme, omenjene na začetku tega oddelka (P_rešitev = P_TopiloX_Topilo).
   • Če nadomestimo vrednosti, imamo:
   • P_rešitev = (23,8 mmHg) (0,947)
   • P_rešitev = 22,54 mmHg. Ta rezultat je razumen - v molskih izrazih se v veliko vode raztopi le malo sladkorja (čeprav sta ta dva dejansko enaka prostornina), zato bo parni tlak le nekoliko upadel.
   oglas

Metoda 3 od 3: V posebnih primerih poiščite parni tlak

1. 

   Ugotovite standardne tlačne in temperaturne pogoje. Znanstveniki pogosto uporabljajo par vrednosti tlaka in temperature kot "privzete" pogoje. Te vrednosti se imenujejo standardni tlak in temperatura (v nadaljevanju standardni pogoji ali DKTC). Težave s parnim tlakom se pogosto nanašajo na DKTC, zato si morate te vrednosti zapomniti za udobje. DKTC je opredeljen kot:
   • Temperatura: 273,15 K / 0 ° C / 32 F
   • Pritisk: 760 mmHg / 1 atm / 101.325 kilopaskalov

2. 

   Preklopite na enačbo Clausius-Clapeyron in poiščite druge spremenljivke. V primeru iz 1. dela vidimo, da je enačba Clausius-Clapeyron zelo učinkovita pri izračunu parnega tlaka čistih snovi. Vendar pri vseh težavah ni treba najti P1 ali P2, vendar velikokrat celo zahtevajo, da bi našli temperaturo ali celo vrednost ΔH._vap. Če želite odgovor najti v tem primeru, morate enačbo samo preklopiti tako, da je želena spremenljivka na eni strani enačbe, vse druge spremenljivke pa na drugi strani.
   • Denimo, da obstaja neznana tekočina s parnim tlakom 25 torr pri 273 K in 150 torr pri 325 K, zato želimo najti hlapno entalpijo te tekočine (ΔH_vap). Rešimo lahko naslednje:
   • 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. Zdaj nadomestimo vrednosti:
   • 8.314 J / (K × Mol) × (-1,79) / (- 0,00059) = ΔH_vap
   • 8.314 J / (K × Mol) × 3.033,90 = ΔH_vap = 25.223,83 J / mol

3. 

   Upoštevajte parni tlak topljene snovi, ko ta izhlapi. V zgornjem primeru Raoultovega zakona je naša topljena snov sladkor, zato ne izhlapi sam pri sobni temperaturi (mislite, da ste že kdaj videli, da skleda s sladkorjem izhlapi?). Ko pa se snov raztopi res Če izhlapi, bo vplival na splošni parni tlak raztopine. Ta tlak izračunamo s spremenljivo enačbo Raoultovega zakona: P_rešitev = Σ (P_sestavinaX_sestavina). Simbol (Σ) pomeni, da moramo sešteti vse parne tlake različnih komponent, da poiščemo odgovor.
   • Recimo, da imamo na primer rešitev, sestavljeno iz dveh kemikalij: benzena in toluena. Skupna prostornina raztopine je 120 ml; 60 ml benzena in 60 ml toluena. Temperatura raztopine je 25 ° C, parni tlak vsake kemične komponente pri 25 ° C pa za benzen 95,1 mmHg in za toluen 28,4 mmHg. Za dane vrednosti poiščite parni tlak raztopine. Problem lahko rešimo z uporabo gostote, molske mase in parnega tlaka obeh kemikalij:
   • Prostornina (benzen): 60 ml = 0,06 L × 876,50 kg / 1000 L = 0,053 kg = 53 g
   • Teža (toluen): 0,06 L × 866,90 kg / 1000 L = 0,052 kg = 52 g
   • Število molov (benzen): 53 g × 1 mol / 78,11 g = 0,679 mol
   • Število molov (toluen): 52 g × 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol
   • Skupaj moli: 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Molska frakcija (benzen): 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Molska frakcija (toluen): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Rešite rezultate: P_rešitev = P_benzenX_benzen + P_toluenX_toluen
   • P_rešitev = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • P_rešitev = 51,92 mmHg + 12,89 mmHg = 64,81 mmHg
   oglas

Nasvet

• Če želite uporabiti zgornjo enačbo Clausius Clapeyron, morate temperaturo pretvoriti v Kevinove enote (označene s K). Če imate temperaturo v Celziju, jo spremenite z naslednjo formulo: T_k = 273 + T_c
• Zgornje metode lahko uporabite, ker je energija sorazmerna s količino dovedene toplote. Temperatura tekočine je edini okoljski dejavnik, ki vpliva na parni tlak.