DifiTsi.com

Calculați presiunea de vapori

Ai lăsat vreodată o sticlă de apă la soare și apoi o lumină când se deschide sâsâit

-A auzit zgomotul? Acest lucru se întâmplă datorită unui principiu numit "presiunea vaporilor". În chimie, presiunea vaporilor este presiunea exercitată pe pereții unui recipient etanș, atunci când o substanță din containerul respectiv se evaporă (se transformă într-o stare gazoasă). Pentru a găsi presiunea de vapori la o temperatură dată, puteți folosi ecuația Clausius-Clapeyron: ln (P1 / P2) = (ΔHVAP/ R) ((1 / T2) - (1 / Ti))

metodă

Metoda 1
Utilizarea ecuației lui Clausius-Clapeyron

Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 1
1
Notați ecuația lui Clausius-Clapeyron. Formula pentru determinarea presiunii vaporilor la o anumită temperatură este cunoscută sub numele de ecuația Clausius-Clapeyron (numită după fizicienii Rudolf Clausius și Benoît Paul Émile Clapeyron). Puteți să le accesați în majoritatea sarcinilor de presiune de vapori pe care le întâlniți în fizică sau chimie. Ecuația arată astfel: ln (P1 / P2) = (ΔHVAP/ R) ((1 / T2) - (1 / Ti)). Variabilele din această formulă reprezintă:
  • AHVAP: Entalpia molară de evaporare a lichidului. Acestea se găsesc în majoritatea tabelelor de la sfârșitul manualelor de chimie.
  • R: Constanta gazului universal, sau 8,314 J / (K × mol).
  • T1: Temperatura la care este cunoscută presiunea de vapori (sau temperatura de pornire).
  • T2: Temperatura la care trebuie să fie găsită presiunea de vapori (sau temperatura dorită).
  • P1 și P2: Presiunea de vapori în fiecare caz T1 și T2.
  • Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 2
    2
    Utilizați variabilele pe care le cunoașteți. Ecuația Clausius-Clapeyron este complicată deoarece are atât de multe variabile diferite. Dar nu este cu adevărat dificil dacă aveți informațiile corecte. Cele mai multe sarcini simple de presiune a aburului vă oferă două valori pentru temperaturi și una pentru presiune sau două valori pentru presiune și una pentru temperatură - odată ce le aveți, rezolvarea ecuației este o briză.
  • Luați, de exemplu, Aveți un recipient cu un fluid de 295 K și o presiune de vapori de 1 atm (atmosferă fizică). Întrebarea este: "Care este presiunea de vapori la 393 K?". Deci, avem două temperaturi și o presiune, astfel încât să găsim a doua presiune cu ecuația Clausius-Clapeyron. Dacă setăm variabilele, ajungem ln (1 / P2) = (ΔHVAP/ R) ((1/393) - (1/295)).
  • Notă: Pentru ecuația Clausius-Clapeyron, trebuie să aveți întotdeauna temperaturi înăuntru Kelvin specificați. Puteți alege unitatea de presiune atâta timp cât este uniformă pentru P1 și P2.
  • Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 3
    3
    Utilizați constantele voastre. Ecuația Clausius-Clapeyron conține două constante: R și ΔHVAP. R este întotdeauna egal cu 8,314 / (K x mol). AHVAP (entalpia vaporizării), totuși, depinde de substanța a cărei presiune de vapori este examinată. După cum sa menționat mai sus, puteți utiliza ΔHVAP pentru o varietate de substanțe din apendicele manualelor de chimie sau fizică sau, de asemenea, online (de ex. aici.)
  • Să presupunem pentru exemplul nostru că avem de-a face cu asta apă curată, lichidă trebuie sa faca. Dacă punem un tabel pentru ΔHVAP Uită-te, găsim pentru asta un ΔHVAP de aproximativ 40,65 KJ / mol. Deoarece valoarea noastră H folosește Joule în loc de Kilojoule, convertim acea valoare în 40,650 J / mol a.
  • Dacă folosim constantele noastre în ecuație, ajungem ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295)).
  • Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 4
    4
    Rezolvați ecuația. Odată ce ați pus toate variabilele în ecuația, cu excepția celei pe care o căutați, continuați prin rezolvarea ecuației conform regulilor de algebră obișnuită.
  • Singura dificultate în rezolvarea ecuației noastre (ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295))) este logaritmul natural ln. Pentru a rezolva un logaritm natural, pur și simplu trebuie să folosiți ambele părți ale ecuației ca exponenți ai constantei matematice e set. Cu alte cuvinte, ln (x) = 2 → eln (x) = e2 → x = e2.
  • Rezolvați ecuația:
  • ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295))
  • ln (1 / P2) = (4,889,34) (-0,00084)
  • (1 / P2) = e(-4.107)
  • 1 / P2 = 0,0165
  • P2 = 0,0165-1 = 60,76 atm. Acest lucru are sens - dacă ridicăm temperatura într-un recipient etanșat cu aproape 100 de grade (la aproape 20 de grade peste punctul de fierbere al apei), generăm o mulțime de aburi și, prin urmare, mărim presiunea enormă.

    • Metoda 2
    Găsiți presiunea de vapori a soluțiilor dizolvate

    Imaginea cu titlul Calculați presiunea vaporilor Pasul 5
    1
    Notați Legea lui Raoult. În realitate, se lucrează rareori cu un singur lichid pur - de obicei lucrăm cu un amestec de mai multe componente diferite de substanțe. Unele dintre cele mai obișnuite dintre aceste amestecuri sunt produse prin dizolvarea unei mici cantități dintr-o anumită substanță chimică sau substanță dizolvată, într-o cantitate mare de alt produs chimic sau solvent, pentru a forma o soluție. În aceste cazuri, este utilă o ecuație numită Legea lui Raoult (numită după fizicianul François-Marie Raoult), care are următorul conținut: Psoluție= PsolventXsolvent. Variabilele din această ecuație reprezintă:
    • Psoluție: Presiunea de vapori a întregii soluții (toate componentele împreună).
    • Psolvent: Presiunea de vapori a solventului.
    • Xsolvent: Fracțiunea molară a solventului.
    • Nu vă faceți griji dacă doriți termeni fracție molară nu știu - vom explica acești termeni în pașii următori.
  • Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 6
    2
    Identificați solventul și soluția în soluția dumneavoastră. Înainte de a calcula presiunea de vapori a unui lichid mixt, trebuie să identificați substanțele cu care aveți de-a face. Ca o reamintire, se formează o soluție prin dizolvarea unei substanțe dizolvate într-un solvent - substanța chimică care se dizolvă este întotdeauna substanța dizolvată și substanța chimică care o dizolvă este întotdeauna solventul.
  • Să folosim un exemplu simplu pentru a explica conceptele pe care le discutăm aici. Pentru exemplul nostru, să presupunem că vrem să determinăm presiunea de vapori a unui sirop simplu. În mod tradițional, pentru un sirop simplu, o porție de zahăr este dizolvată într-o parte a apei, deci putem spune asta Zaharul este solutul nostru, iar apa este solventul nostru.
  • Notă: Formula chimică pentru zaharoză (zahăr obișnuit de masă / zahăr granulat) este C12B22O11. Asta va fi important în curând.
  • Imaginea cu titlul Calculați presiunea vaporilor Pasul 7
    3


    Găsiți temperatura soluției. După cum am aflat în secțiunea Clausius Clapeyron, temperatura lichidului afectează presiunea vaporilor. În general, cu cât este mai mare temperatura, cu atât presiunea de vapori este mai mare - cu temperaturi în creștere, se evaporă tot mai mult lichidul, se formează tot mai mult vapori și presiunea din container crește.
  • Pentru exemplul nostru, să presupunem că temperatura de sirop 298 K este de aproximativ (aproximativ 25 ° C).
  • Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 8
    4
    Găsiți presiunea de vapori a solventului. Materialul sursă chimic conține în mod normal presiunea de vapori pentru multe substanțe și componente comune, însă aceste valori se aplică, de obicei, la o temperatură de 25 ° C / 298 K sau la punctul de fierbere. Dacă soluția dvs. are una dintre aceste temperaturi, puteți utiliza acele valori, dar dacă nu, va trebui să găsiți presiunea de vapori la temperatura actuală.
  • Ecuația Clausius-Clapeyron ne poate ajuta aici - folosiți presiunea de vapori de referință și 298 K pentru fiecare dintre P1 și T1.
  • În cazul nostru, amestecul are o temperatură de 25 ° C, astfel încât să putem face referire la tabelele de referință. Acolo găsim că apa la o temperatură de 25 ° C o presiune de vapori de 23,8 mm Hg a.
  • Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 9
    5
    Găsiți fracțiunea molară a solventului. Ultima valoare de care avem nevoie înainte de a ne putea rezolva ecuația este fracțiunea molară a solventului nostru. Determinarea unei fracțiuni moleculare este ușoară: pur și simplu transformați componentele în particule (moli), apoi găsiți procentul de componente în numărul total al particulelor substanței. Cu alte cuvinte, fracția molară a fiecărei componente este echivalentă (Numărul particulelor componentei) / (numărul total al particulelor substanței).
  • Să spunem că rețeta noastră pentru sirop simplu 1 litru de apă și 1 litru de zaharoză (zahăr) utilizat. În acest caz, trebuie să găsim numărul de particule în ambele. Pentru a face acest lucru, găsim masa ambelor și apoi folosim masa molară a substanței pentru a se transforma în particule.
  • Masă (1 L apă): 1000 g (g)
  • Masă (1 litru de zahăr brut): Aproximativ 1,056,7 g.
  • Numărul de particule (apă): 1000 g × 1 mol / 18,015 g = 55,51 particule.
  • Particulelor (zaharoză): 1056,7 g x 1 mol / g = 3,08 342.2965 particulelor (Notă: Puteți de asemenea determina masa molară a zaharozei din formula sa chimică: C12B22O11).
  • Număr total de particule: 55,51 + 3,08 = 58,59 particule
  • Fracțiunea molară de apă: 55,51 / 58,59 = 0.947
  • Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 10
    6
    Rezolvați ecuația. În cele din urmă, avem tot ce avem nevoie pentru a rezolva ecuația legii lui Raoult. Partea este surprinzător de simplă: puneți toate valorile variabilelor în ecuația simplificată a legii lui Raoult de la începutul acestei secțiuni (Psoluție = PsolventXsolvent).
  • Prin înlocuirea valorilor pe care le primim:
  • Psoluție = (23,8 mm Hg) (0,947)
  • Psoluție = 22,54 mm Hg. Acest lucru are sens - în ceea ce privește particulele, doar o mică parte a zahărului este dizolvată într-o mulțime de apă (chiar dacă în valorile de zi cu zi, cele două ingrediente au același volum), astfel încât presiunea de vapori este doar puțin redusă.

    • Metoda 3
    Determinați presiunea de vapori în circumstanțe speciale

    Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 11
    1
    Acordați atenție condițiilor standard. Oamenii de știință folosesc de multe ori o gamă de valori de temperatură și presiune ca un fel de "standard" practic. Aceste valori se numesc condiții standard (sau condiții normale, STP pe scurt). Sarcinile de presiune în abur se referă adesea la condițiile STP, deci este util să le memorați. Condițiile implicite sunt definite ca:
    • Temperatura: 273,15 K / 0 ° C / 32 F
    • presiune: 760 mm Hg / 1 atm / 101.325 kilopascali
  • Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 12
    2
    Repoziționați ecuația Clausius-Clapeyron pentru a determina alte variabile. În exemplul din Partea 1, am văzut că ecuația Clausius-Clapeyron este foarte utilă pentru calcularea presiunii vaporilor de substanțe pure. Cu toate acestea, nu fiecare sarcină va cere P1 sau P2 - mulți dintre voi o cer, valori de temperatură sau uneori ΔHVAP -Pentru a găsi valoare. Din fericire, tot ce trebuie să facem este să schimbăm ecuația astfel încât variabila să fie izolată pe o pagină pe care dorim să o determinăm.
  • Luați, de exemplu, Avem un lichid necunoscut cu o presiune a vaporilor de 25 Torr (mmHG) la 273 K și 150 Torr la 325 K și vrem entalpia de vaporizare (ΔHVAP) Find. Apoi putem rezolva această ecuație:
  • ln (P1 / P2) = (ΔHVAP/ R) ((1 / T2) - (1 / Ti))
  • (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) =VAP/ R)
  • Rx (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = ΔHVAP Acum ne folosim valorile:
  • 8,314 J / (K x mol) x (-1,79) / (- 0,00059) = ΔHVAP
  • 8,314 J / (K × mol) × 3,033,90 = ΔHVAP = 25,223,83 J / mol
  • Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 13
    3
    Reglați presiunea de vapori a substanței dizolvate atunci când produceți abur. În exemplul de lege al lui Raoult de mai sus, soluția noastră, zahărul, nu produce automat aburi la temperatură normală (gândiți-vă - când ați văzut ultima oară o masă de zahăr evaporată pe masă?). Cu toate acestea, utilizarea unei substanțe care se evaporează prin ea însăși afectează și presiunea de vapori. Includem acest proces folosind o versiune personalizată a ecuației legii lui Raoult: Psoluție = Σ (PcomponentXcomponent). Simbolul sigma (Σ) înseamnă că trebuie să adăugăm toate presiunile de vapori ale diferitelor componente pentru a găsi soluția noastră.
  • Luați, de exemplu, An, avem o soluție de următoarele două substanțe chimice: benzen și toluen. Volumul total al soluției este de 120 mililitri (mL): 60 mL de benzen și 60 mL de toluen. Temperatura soluției este de 25 ° C, iar presiunea de vapori a substanțelor chimice la 25 ° C este de 95,1 mmHg pentru benzen și 28,4 mmHG pentru toluen. La aceste valori date, găsiți presiunea de vapori a soluției. Putem face acest lucru folosind următoarele densități standard, masa molară și valorile presiunii vaporilor pentru cele două substanțe chimice:
  • Masa (benzen): 60 ml = 0,060 L ori 876,50 kg / 1,000 L = 0,053 kg = 53 g
  • Masa (toluen): 0,060 L ori 866.90 kg / 1.000 L = 0.052 kg = 52 g
  • Numărul de particule (benzen): 53 g x 1 mol / 78,11 g = 0,679 mol
  • Numărul de particule (toluen): 52 g x 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol
  • Număr total de particule: 0.679 + 0.564 = 1.243
  • Fracțiunea molară (benzen): 0,679 / 1,243 = 0,546
  • Fracția molară (toluen): 0,564 / 1,243 = 0,454
  • Se dizolvă: Psoluție = PbenzenXbenzen + PtoluenXtoluen
  • Psoluție = (95,1 mm Hg) (0,546) + (28,4 mm Hg) (0,454)
  • Psoluție = 51,92 mm Hg + 12,89 mm Hg = 64,81 mm Hg

    • Sfaturi

    • Pentru a folosi ecuația Clausius-Clapeyron, temperatura trebuie măsurată în Kelvin (etichetat K). Dacă temperatura este în grade Celsius, trebuie să le convertiți folosind formula: Tk = 273 + Tc
    • Aceste metode funcționează deoarece energia este direct proporțională cu cantitatea de căldură furnizată. Temperatura lichidului este singurul factor de mediu pe care depinde presiunea de vapori.
    Distribuiți pe rețelele sociale:

    înrudit