Turinys

• Žingsniai
• 1 metodas iš 3: naudojant Clapeyron-Clausius lygtį
• 2 iš 3 metodas: garų slėgio tirpaluose apskaičiavimas
• 3 iš 3 metodas: garų slėgio apskaičiavimas ypatingais atvejais
• Patarimai

Ar kada nors paliko vandens butelį kelioms valandoms po deginančia saule ir atidaręs jį girdėjote „šnypštimą“? Šį garsą sukelia garų slėgis. Chemijoje garų slėgis yra slėgis, kurį sukelia skysčio garai, kurie išgaruoja hermetiškai uždarytame inde. Norėdami rasti garų slėgį tam tikroje temperatūroje, naudokite Clapeyron-Clausius lygtį: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Žingsniai

1 metodas iš 3: naudojant Clapeyron-Clausius lygtį

1. 1 Užsirašykite Clapeyrono-Clausiuso lygtį, kuri naudojama apskaičiuojant garų slėgį, kuris laikui bėgant kinta. Ši formulė gali būti naudojama daugeliui fizinių ir cheminių problemų. Lygtis atrodo taip: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)), kur:
   • ΔH_vap Tai skysčio išgarinimo entalpija. Paprastai jį galima rasti chemijos vadovėlių lentelėje.
   • R - dujų konstanta lygi 8,314 J / (K × mol)
   • T1 yra pradinė temperatūra (kurioje žinomas garų slėgis).
   • T2 yra galutinė temperatūra (esant garų slėgiui nežinoma).
   • P1 ir P2 - garų slėgis atitinkamai T1 ir T2 temperatūroje.
2. 2 Pakeiskite jums pateiktų kiekių reikšmes į Clapeyron-Clausius lygtį. Dauguma problemų pateikia dvi temperatūros vertes ir slėgio vertę arba dvi slėgio vertes ir temperatūros vertę.
   • Pavyzdžiui, inde yra 295 K temperatūros skystis, o jo garų slėgis yra 1 atmosfera (1 atm). Raskite 393 K. garų slėgį. Čia jums pateikiamos dvi temperatūros ir slėgis, todėl galite rasti kitokį slėgį, naudodamiesi Clapeyron-Clausius lygtimi. Pakeisdami formulėje pateiktas vertes, gausite: ln (1 / P2) = (ΔH_vap/R) ((1/393) - (1/295)).
   • Atkreipkite dėmesį, kad pagal Clapeyrono-Clausius lygtį temperatūra visada matuojama kelvinais, o slėgis-bet kuriame matavimo vienete (tačiau jie turi būti vienodi P1 ir P2).
3. 3 Pakeiskite konstantas. Clapeyron-Clausius lygtyje yra dvi konstantos: R ir ΔH_vap... R visada yra 8,314 J / (K × mol). ΔH reikšmė_vap (garavimo entalpija) priklauso nuo medžiagos, kurios garų slėgį bandote rasti; šią konstantą paprastai galima rasti chemijos vadovėlių lentelėje arba svetainėse (pavyzdžiui, čia).
   • Mūsų pavyzdyje tarkime, kad inde yra vandens. ΔH_vap vanduo lygus 40,65 kJ / mol arba lygus 40650 J / mol.
   • Prijunkite konstantas į formulę ir gaukite: ln (1/P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 Išspręskite lygtį naudodami algebrines operacijas.
   • Mūsų pavyzdyje nežinomas kintamasis yra po natūralaus logaritmo (ln) ženklu. Norėdami atsikratyti natūralaus logaritmo, abi lygties puses konvertuokite į matematinės konstantos „e“ galią. Kitaip tariant, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Dabar išspręskite lygtį:
   • 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. Tai logiška, nes hermetiškai uždarytame inde pakilus temperatūrai 100 laipsnių, padidės garavimas, o tai žymiai padidins garų slėgį.

2 iš 3 metodas: garų slėgio tirpaluose apskaičiavimas

1. 1 Užsirašykite Raoult įstatymą. Realiame gyvenime gryni skysčiai yra reti; dažnai sprendžiame sprendimus. Tirpalas gaminamas pridedant nedidelį kiekį tam tikros cheminės medžiagos, vadinamos „tirpiu“, į didesnį kiekį kitos cheminės medžiagos, vadinamos „tirpikliu“. Sprendimų atveju naudokite Raoult dėsnį:P_sprendimas = P._tirpiklisX_tirpiklis, kur:
   • P_sprendimas Ar tirpalo garų slėgis.
   • P_tirpiklis Ar tirpiklio garų slėgis.
   • X_tirpiklis - tirpiklio molinė dalis.
   • Jei nežinote, kas yra apgamų frakcija, skaitykite toliau.
2. 2 Nustatykite, kuri medžiaga bus tirpiklis, o kuri - ištirpusi medžiaga. Prisiminkite, kad ištirpusi medžiaga yra medžiaga, kuri ištirpsta tirpiklyje, o tirpiklis yra medžiaga, kuri ištirpina ištirpusią medžiagą.
   • Apsvarstykite sirupo pavyzdį. Norint gauti sirupą, viena cukraus dalis ištirpinama vienoje vandens dalyje, todėl cukrus yra ištirpusi medžiaga, o vanduo - tirpiklis.
   • Atkreipkite dėmesį, kad sacharozės (paprastojo cukraus) cheminė formulė yra C₁₂H₂₂O₁₁... Mums to prireiks ateityje.
3. 3 Raskite tirpalo temperatūrą, nes tai paveiks jo garų slėgį. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnis garų slėgis, nes garinimas didėja didėjant temperatūrai.
   • Pavyzdžiui, sirupo temperatūra yra 298 K (apie 25 ° C).
4. 4 Raskite tirpiklio garų slėgį. Daugelio įprastų cheminių medžiagų garų slėgio vertės pateikiamos chemijos vadovuose, tačiau paprastai jos nurodomos esant 25 ° C / 298 K temperatūrai arba jų virimo temperatūrai. Jei užduotyje jums nurodyta tokia temperatūra, naudokite informacinių knygų vertes; priešingu atveju turite apskaičiuoti garų slėgį esant tam tikrai medžiagos temperatūrai.
   • Norėdami tai padaryti, naudokite Clapeyron-Clausius lygtį, vietoj P1 ir T1 atitinkamai pakeisdami garų slėgį ir 298 K (25 ° C) temperatūrą.
   • Mūsų pavyzdyje tirpalo temperatūra yra 25 ° C, todėl naudokite vertę iš etaloninių lentelių - vandens garų slėgis esant 25 ° C yra 23,8 mmHg.
5. 5 Raskite tirpiklio molinę dalį. Norėdami tai padaryti, suraskite medžiagos molių skaičiaus santykį su visų tirpalo medžiagų molių skaičiumi. Kitaip tariant, kiekvienos medžiagos molinė dalis yra (medžiagos molių skaičius) / (bendras visų medžiagų molių skaičius).
   • Tarkime, sirupui gaminti naudojote 1 litrą vandens ir 1 litrą sacharozės (cukraus). Šiuo atveju būtina rasti kiekvienos medžiagos molių skaičių. Norėdami tai padaryti, turite rasti kiekvienos medžiagos masę, o tada naudoti šių medžiagų molines mases, kad gautumėte apgamus.
   • 1 litro vandens svoris = 1000 g
   • 1 litro cukraus svoris = 1056,7 g
   • Molis (vanduo): 1000 g × 1 mol / 18,015 g = 55,51 mol
   • Molis (sacharozė): 1056,7 g × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 mol (atkreipkite dėmesį, kad sacharozės molinę masę galite rasti pagal jos cheminę formulę C₁₂H₂₂O₁₁).
   • Bendras apgamų skaičius: 55,51 + 3,08 = 58,59 mol
   • Vandens molio dalis: 55,51 / 58,59 = 0,947.
6. 6 Dabar prijunkite duomenis ir rastas kiekių vertes į Raoult lygtį, pateiktą šio skyriaus pradžioje (P_sprendimas = P._tirpiklisX_tirpiklis).
   • Mūsų pavyzdyje:
   • P_sprendimas = (23,8 mmHg) (0,947)
   • P_sprendimas = 22,54 mmHg Art. Tai yra prasminga, nes nedidelis cukraus kiekis ištirpinamas dideliame vandens kiekyje (matuojant moliais; jų kiekis vienodas litrais), todėl garų slėgis šiek tiek sumažės.

3 iš 3 metodas: garų slėgio apskaičiavimas ypatingais atvejais

1. 1 Standartinių sąlygų apibrėžimas. Dažnai chemijoje temperatūros ir slėgio vertės naudojamos kaip „numatytoji“ vertė. Šios vertės vadinamos standartine temperatūra ir slėgiu (arba standartinėmis sąlygomis). Garų slėgio problemose dažnai minimos standartinės sąlygos, todėl geriau prisiminti standartines vertes:
   • Temperatūra: 273,15 K / 0˚C / 32 F
   • Slėgis: 760 mmHg / 1 atm / 101,325 kPa
2. 2 Norėdami rasti kitų kintamųjų, perrašykite Clapeyrono-Clausiuso lygtį. Pirmasis šio straipsnio skyrius parodė, kaip apskaičiuoti grynų medžiagų garų slėgį. Tačiau ne visoms problemoms reikia rasti slėgį P1 arba P2; daugelyje užduočių būtina apskaičiuoti temperatūrą arba ΔH vertę_vap... Tokiais atvejais perrašykite Clapeyron-Clausius lygtį, izoliuodami nežinomą vienoje lygties pusėje.
   • Pavyzdžiui, atsižvelgiant į nežinomą skystį, kurio garų slėgis esant 273 K yra 25 Torr ir esant 325 K. 150 Torr. Būtina rasti šio skysčio garavimo entalpiją (ty ΔH_vap). Šios problemos sprendimas:
   • 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 Dabar pakeiskite nurodytas vertes:
   • 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 Apsvarstykite permeato garų slėgį. Mūsų pavyzdyje iš antrojo šio straipsnio skirsnio ištirpusi medžiaga - cukrus - neišgaruoja, tačiau jei ištirpusi medžiaga gamina garus (išgaruoja), reikia atsižvelgti į garų slėgį. Norėdami tai padaryti, naudokite modifikuotą Raoult lygties formą: P_sprendimas = Σ (p_medžiagaX_medžiaga), kur simbolis Σ (sigma) reiškia, kad būtina pridėti visų tirpalą sudarančių medžiagų garų slėgio vertes.
   • Pavyzdžiui, apsvarstykite tirpalą, pagamintą iš dviejų cheminių medžiagų: benzeno ir tolueno. Bendras tirpalo tūris yra 120 mililitrų (ml); 60 ml benzeno ir 60 ml tolueno.Tirpalo temperatūra yra 25 ° C, o garų slėgis esant 25 ° C - 95,1 mm Hg. benzenui ir 28,4 mm Hg. dėl tolueno. Būtina apskaičiuoti tirpalo garų slėgį. Tai galime padaryti naudodami medžiagų tankį, jų molekulinę masę ir garų slėgio vertes:
   • Svoris (benzenas): 60 ml = 0,06 l × 876,50 kg / 1000 l = 0,053 kg = 53 g
   • Masė (toluenas): 0,06 L × 866,90 kg / 1000 L = 0,052 kg = 52 g
   • Molis (benzenas): 53 g × 1 mol / 78,11 g = 0,679 mol
   • Molis (toluenas): 52 g × 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol
   • Bendras apgamų skaičius: 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Molio frakcija (benzenas): 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Molio frakcija (toluenas): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Sprendimas: P._sprendimas = P._benzenoX_benzeno + P._toluenasX_toluenas
   • P_sprendimas = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • P_sprendimas = 51,92 mm Hg. Art. + 12,89 mm Hg. Art. = 64,81 mmHg Art.

Patarimai

• Norint naudoti Clapeyron Clausius lygtį, temperatūra turi būti nurodyta Kelvino laipsniais (žymima K). Jei jūsų temperatūra nurodyta Celsijaus laipsniais, ją reikia konvertuoti pagal šią formulę: T_k = 273 + T._c
• Aukščiau pateiktas metodas veikia, nes energija yra tiesiogiai proporcinga šilumos kiekiui. Skysčio temperatūra yra vienintelis aplinkos veiksnys, turintis įtakos garų slėgiui.