Vsebina

• Koraki
• Metoda 1 od 3: Uporaba Clapeyron-Clausiusove enačbe
• Metoda 2 od 3: Izračun parnega tlaka v raztopinah
• Metoda 3 od 3: Izračun tlaka pare v posebnih primerih
• Nasveti

Ste kdaj puščali steklenico vode več ur pod žgočim soncem in slišali "sikanje", ko ste jo odprli? Ta zvok nastane zaradi pritiska pare. V kemiji je parni tlak tlak pare tekočine, ki izhlapi v hermetično zaprti posodi. Za iskanje parnega tlaka pri dani temperaturi uporabite Clapeyron-Clausiusovo enačbo: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Koraki

Metoda 1 od 3: Uporaba Clapeyron-Clausiusove enačbe

1. 1 Zapišite Clapeyron-Clausiusovo enačbo, ki se uporablja za izračun parnega tlaka, ko se sčasoma spreminja. Ta formula se lahko uporablja za večino fizikalnih in kemičnih težav. Enačba izgleda takole: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)), kje:
   • ΔH_vap Je entalpija izhlapevanja tekočine. Običajno ga najdemo v tabeli v učbenikih kemije.
   • R - konstanta plina 8,314 J / (K × mol)
   • T1 je začetna temperatura (pri kateri je parni tlak znan).
   • T2 je končna temperatura (pri kateri parni tlak ni znan).
   • P1 in P2 - tlak pare pri temperaturah T1 oziroma T2.
2. 2 Vrednosti danih količin nadomestite z enačbo Clapeyron-Clausius. Večina težav daje dve temperaturni vrednosti in vrednost tlaka ali dve vrednosti tlaka in temperaturno vrednost.
   • Na primer, posoda vsebuje tekočino pri temperaturi 295 K in njen parni tlak je 1 atmosfera (1 atm). Poiščite parni tlak pri 393 K. Tu dobite dve temperaturi in tlak, tako da lahko z Clapeyron-Clausiusovo enačbo najdete drugačen tlak. Če v formuli zamenjate vrednosti, ki jih dobite v formuli, dobite: ln (1 / P2) = (ΔH_vap/R) ((1/393) - (1/295)).
   • Upoštevajte, da se v enačbi Clapeyron-Clausius temperatura vedno meri v kelvinu in tlak v kateri koli merski enoti (vendar morata biti enaka za P1 in P2).
3. 3 Zamenjajte konstante. Clapeyron-Clausiusova enačba vsebuje dve konstanti: R in ΔH_vap... R je vedno 8,314 J / (K × mol). ΔH vrednost_vap (entalpija izhlapevanja) je odvisna od snovi, katere parni tlak poskušate najti; to konstanto običajno najdemo v tabeli v učbenikih kemije ali na spletnih mestih (na primer tukaj).
   • V našem primeru recimo, da je v posodi voda. ΔH_vap voda je enaka 40,65 kJ / mol ali enaka 40650 J / mol.
   • V formulo vstavite konstante in dobite: ln (1/P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 Rešite enačbo z uporabo algebrskih operacij.
   • V našem primeru je neznana spremenljivka pod znakom naravnega logaritma (ln). Če se želite znebiti naravnega logaritma, pretvorite obe strani enačbe v moč matematične konstante "e". Z drugimi besedami, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Zdaj rešite enačbo:
   • 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 To je smiselno, saj bo zvišanje temperature v hermetično zaprti posodi za 100 stopinj povečalo izhlapevanje, kar bo znatno povečalo parni tlak.

Metoda 2 od 3: Izračun parnega tlaka v raztopinah

1. 1 Zapišite Raoultov zakon. V resničnem življenju so čiste tekočine redke; pogosto se ukvarjamo z rešitvami. Rešitev nastane z dodajanjem majhne količine določene kemikalije, imenovane "topljena snov", v večjo količino druge kemikalije, imenovane "topilo". V primeru rešitev uporabite Raoultov zakon:P_rešitev = P_topiloX_topilo, kje:
   • P_rešitev Je parni tlak raztopine.
   • P_topilo Je parni tlak topila.
   • X_topilo - molski delež topila.
   • Če ne veste, kaj je molski delež, preberite dalje.
2. 2 Določite, katera snov bo topilo in katera topljena snov. Spomnimo se, da je topljena snov snov, ki se raztopi v topilu, topilo pa snov, ki raztopi topljeno snov.
   • Razmislite o primeru sirupa. Za pridobitev sirupa se en del sladkorja raztopi v enem delu vode, zato je sladkor topljeno, voda pa topilo.
   • Upoštevajte, da je kemična formula za saharozo (navadni sladkor) C₁₂H₂₂O.₁₁... Potrebovali ga bomo v prihodnosti.
3. 3 Poiščite temperaturo raztopine, saj bo vplivala na njen parni tlak. Višja kot je temperatura, večji je parni tlak, saj se s povečanjem temperature izhlapevanje povečuje.
   • V našem primeru naj bo temperatura sirupa 298 K (približno 25 ° C).
4. 4 Poiščite parni tlak topila. Vrednosti parnega tlaka za številne običajne kemikalije so navedene v kemijskih priročnikih, vendar so te običajno podane pri temperaturah 25 ° C / 298 K ali pri njihovih vreliščih. Če imate v nalogi take temperature, uporabite vrednosti iz referenčnih knjig; v nasprotnem primeru morate izračunati parni tlak pri dani temperaturi snovi.
   • Če želite to narediti, uporabite enačbo Clapeyron-Clausius, ki nadomešča parni tlak in temperaturo 298 K (25 ° C) namesto P1 oziroma T1.
   • V našem primeru je temperatura raztopine 25 ° C, zato uporabite vrednost iz referenčnih tabel - parni tlak vode pri 25 ° C je 23,8 mmHg.
5. 5 Poiščite molski delež topila. Če želite to narediti, poiščite razmerje med številom molov snovi in ​​skupnim številom molov vseh snovi v raztopini. Z drugimi besedami, molski delež vsake snovi je (število molov snovi) / (skupno število molov vseh snovi).
   • Recimo, da ste za pripravo sirupa uporabili 1 liter vode in 1 liter saharoze (sladkorja). V tem primeru je treba najti število molov vsake snovi. Če želite to narediti, morate najti maso vsake snovi in ​​nato uporabiti molarne mase teh snovi, da dobite mole.
   • Teža 1 litra vode = 1000 g
   • Teža 1 litra sladkorja = 1056,7 g
   • Krt (voda): 1000 g × 1 mol / 18,015 g = 55,51 mol
   • Krt (saharoza): 1056,7 g × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 mol (upoštevajte, da molarno maso saharoze lahko najdete iz njene kemijske formule C₁₂H₂₂O.₁₁).
   • Skupno število molov: 55,51 + 3,08 = 58,59 mol
   • Molski delež vode: 55,51 / 58,59 = 0,947.
6. 6 Zdaj podatke in najdene vrednosti količin vključite v Raoultovo enačbo, podano na začetku tega razdelka (P_rešitev = P_topiloX_topilo).
   • V našem primeru:
   • P_rešitev = (23,8 mmHg) (0,947)
   • P_rešitev = 22,54 mmHg Umetnost. To je smiselno, saj se majhna količina sladkorja raztopi v veliki količini vode (če se meri v molih; njihova količina je enaka v litrih), zato se bo parni tlak nekoliko zmanjšal.

Metoda 3 od 3: Izračun tlaka pare v posebnih primerih

1. 1 Opredelitev standardnih pogojev. V kemiji se pogosto uporabljajo vrednosti temperature in tlaka kot neke vrste "privzete" vrednosti. Te vrednosti se imenujejo standardna temperatura in tlak (ali standardni pogoji). Pri težavah s tlakom pare se pogosto omenjajo standardni pogoji, zato je bolje, da se spomnite standardnih vrednosti:
   • Temperatura: 273,15 K / 0˚C / 32 F.
   • Tlak: 760 mmHg / 1 atm / 101,325 kPa
2. 2 Če želite poiskati druge spremenljivke, prepišite Clapeyron-Clausiusovo enačbo. Prvi del tega članka je pokazal, kako izračunati parni tlak čistih snovi. Vendar pa vse težave ne zahtevajo iskanja tlaka P1 ali P2; pri številnih težavah je treba izračunati temperaturo ali vrednost ΔH_vap... V takih primerih enačbo Clapeyron-Clausius prepišite tako, da na eni strani enačbe ločite neznano.
   • Na primer, glede na neznano tekočino, katere parni tlak je 25 Torr pri 273 K in 150 Torr pri 325 K. Treba je najti entalpijo uparjanja te tekočine (to je ΔH_vap). Rešitev tega problema:
   • 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 namesto tega zamenjajte dane vrednosti:
   • 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 Upoštevajte parni tlak permeata. V našem primeru iz drugega oddelka tega članka topljena snov - sladkor - ne izhlapi, če pa topljena snov proizvaja paro (izhlapi), je treba upoštevati parni tlak. Če želite to narediti, uporabite spremenjeno obliko Raoultove enačbe: P_rešitev = Σ (str_snovX_snov), kjer simbol Σ (sigma) pomeni, da je treba dodati vrednosti parnih tlakov vseh snovi, ki sestavljajo raztopino.
   • Na primer, razmislite o raztopini iz dveh kemikalij: benzena in toluena. Skupna prostornina raztopine je 120 mililitrov (ml); 60 ml benzena in 60 ml toluena.Temperatura raztopine je 25 ° C, parni tlak pri 25 ° C pa 95,1 mm Hg. za benzen in 28,4 mm Hg. za toluen. Izračunati je treba parni tlak raztopine. To lahko naredimo z uporabo gostote snovi, njihove molekulske mase in vrednosti parnega tlaka:
   • Teža (benzen): 60 ml = 0,06 l × 876,50 kg / 1000 l = 0,053 kg = 53 g
   • Masa (toluen): 0,06 L × 866,90 kg / 1000 L = 0,052 kg = 52 g
   • Mul (benzen): 53 g × 1 mol / 78,11 g = 0,679 mol
   • Mol (toluen): 52 g × 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol
   • Skupno število molov: 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Molski delež (benzen): 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Molski delež (toluen): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Rešitev: P._rešitev = P_benzenX_benzen + P_toluenX_toluen
   • P_rešitev = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • P_rešitev = 51,92 mm Hg. Umetnost. + 12,89 mm Hg. Umetnost. = 64,81 mmHg Umetnost.

Nasveti

• Za uporabo enačbe Clapeyron Clausius je treba temperaturo določiti v stopinjah Kelvina (označeno s K). Če je vaša temperatura podana v Celzijah, jo morate pretvoriti po naslednji formuli: T_k = 273 + T._c
• Zgornja metoda deluje, ker je energija neposredno sorazmerna s količino toplote. Temperatura tekočine je edini okoljski dejavnik, ki vpliva na parni tlak.