Innhold

• Trinn
• Metode 1 av 3: Bruke Clapeyron-Clausius-ligningen
• Metode 2 av 3: Beregning av damptrykk i oppløsninger
• Metode 3 av 3: Beregning av damptrykk i spesielle tilfeller
• Tips

Har du noen gang forlatt en flaske vann i flere timer under den brennende solen og hørt en "hvesende" lyd når du åpner den? Denne lyden skyldes damptrykk. I kjemi er damptrykket trykket som utøves av dampen til en væske som fordamper i en hermetisk lukket beholder. For å finne damptrykket ved en gitt temperatur, bruk Clapeyron-Clausius-ligningen: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Trinn

Metode 1 av 3: Bruke Clapeyron-Clausius-ligningen

1. 1 Skriv ned Clapeyron-Clausius-ligningen som brukes til å beregne damptrykk når det endres over tid. Denne formelen kan brukes til de fleste fysiske og kjemiske problemer. Ligningen ser slik ut: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)), hvor:
   • ΔH_vap Er fordampningens entalpi av væsken. Det kan vanligvis finnes i en tabell i kjemi lærebøker.
   • R - gasskonstant lik 8,314 J / (K × mol)
   • T1 er den innledende temperaturen (der damptrykket er kjent).
   • T2 er sluttemperaturen (damptrykket er ukjent).
   • P1 og P2 - damptrykk ved henholdsvis temperaturene T1 og T2.
2. 2 Erstatt verdiene til mengdene du har fått i Clapeyron-Clausius-ligningen. De fleste problemer gir to temperaturverdier og en trykkverdi, eller to trykkverdier og en temperaturverdi.
   • For eksempel inneholder et kar væske ved en temperatur på 295 K, og damptrykket er 1 atmosfære (1 atm). Finn damptrykket ved 393 K. Her får du to temperaturer og et trykk, slik at du kan finne et annet trykk ved hjelp av Clapeyron-Clausius-ligningen. Ved å erstatte verdiene du får i formelen, får du: ln (1 / P2) = (ΔH_vap/R) ((1/393) - (1/295)).
   • Vær oppmerksom på at i Clapeyron-Clausius-ligningen måles temperaturen alltid i kelvin og trykk i enhver måleenhet (men de må være de samme for P1 og P2).
3. 3 Erstatt konstanter. Clapeyron-Clausius-ligningen inneholder to konstanter: R og ΔH_vap... R er alltid 8,314 J / (K × mol). ΔH -verdi_vap (fordampningens entalpi) avhenger av stoffet, damptrykket du prøver å finne; Denne konstanten kan vanligvis finnes i en tabell i kjemi lærebøker eller på nettsteder (for eksempel her).
   • I vårt eksempel, la oss si at det er vann i fartøyet. ΔH_vap vann er lik 40,65 kJ / mol eller lik 40650 J / mol.
   • Koble konstantene til formelen og få: ln (1/P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 Løs ligningen ved hjelp av algebraiske operasjoner.
   • I vårt eksempel er den ukjente variabelen under tegnet av den naturlige logaritmen (ln). For å bli kvitt den naturlige logaritmen, konverter begge sider av ligningen til kraften til den matematiske konstanten "e". Med andre ord, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Løs nå ligningen:
   • 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. Dette er fornuftig, ettersom økning av temperaturen i et hermetisk lukket kar med 100 grader vil øke fordampningen, noe som vil øke damptrykket betydelig.

Metode 2 av 3: Beregning av damptrykk i oppløsninger

1. 1 Skriv ned Raoults lov. I virkeligheten er rene væsker sjeldne; vi håndterer ofte løsninger. En løsning lages ved å tilsette en liten mengde av et bestemt kjemikalie som kalles et "oppløst stoff" til en større mengde av et annet kjemikalie som kalles et "løsningsmiddel". Når det gjelder løsninger, bruk Raoults lov:P_løsning = P_løsemiddelX_løsemiddel, hvor:
   • P_løsning Er damptrykket til løsningen.
   • P_løsemiddel Er damptrykket til løsningsmidlet.
   • X_løsemiddel - molfraksjonen av løsningsmidlet.
   • Hvis du ikke vet hva en molfraksjon er, les videre.
2. 2 Bestem hvilket stoff som vil være løsemiddelet og hvilket som vil være det oppløste stoffet. Husk at et oppløst stoff er et stoff som oppløses i et løsningsmiddel, og et løsningsmiddel er et stoff som løser et oppløst stoff.
   • Vurder et sirupeksempel. For å få en sirup, oppløses en del sukker i en del vann, så sukker er et oppløst stoff og vann er et løsningsmiddel.
   • Vær oppmerksom på at den kjemiske formelen for sukrose (vanlig sukker) er C₁₂H₂₂O₁₁... Vi kommer til å trenge det i fremtiden.
3. 3 Finn temperaturen på løsningen, da den vil påvirke damptrykket. Jo høyere temperatur, desto høyere damptrykk, siden fordampning øker med økende temperatur.
   • I vårt eksempel, la oss si at siruptemperaturen er 298 K (ca. 25 ° C).
4. 4 Finn damptrykket til løsningsmidlet. Damptrykkverdier for mange vanlige kjemikalier er angitt i kjemihåndbøker, men disse er vanligvis gitt ved temperaturer på 25 ° C / 298 K eller ved kokepunktene. Hvis du får slike temperaturer i problemet, bruker du verdiene fra oppslagsbøkene; ellers må du beregne damptrykket ved en gitt temperatur på stoffet.
   • For å gjøre dette, bruk Clapeyron-Clausius-ligningen, og erstatt damptrykket og temperaturen på 298 K (25 ° C) i stedet for henholdsvis P1 og T1.
   • I vårt eksempel er temperaturen på løsningen 25 ° C, så bruk verdien fra referansetabellene - damptrykket av vann ved 25 ° C er 23,8 mmHg.
5. 5 Finn molfraksjonen av løsningsmidlet. For å gjøre dette må du finne forholdet mellom antall mol av et stoff og det totale antallet mol av alle stoffene i løsningen. Med andre ord er molfraksjonen av hvert stoff (antall mol av stoffet) / (totalt antall mol av alle stoffene).
   • La oss si at du brukte 1 liter vann og 1 liter sukrose (sukker) til å lage en sirup. I dette tilfellet er det nødvendig å finne antall mol av hvert stoff. For å gjøre dette må du finne massen til hvert stoff, og deretter bruke molmassene til disse stoffene for å få mol.
   • Vekt på 1 liter vann = 1000 g
   • Vekt på 1 liter sukker = 1056,7 g
   • Mol (vann): 1000 g × 1 mol / 18,015 g = 55,51 mol
   • Mol (sukrose): 1056,7 g × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 mol (vær oppmerksom på at du kan finne molarmassen av sukrose fra den kjemiske formelen C₁₂H₂₂O₁₁).
   • Totalt antall mol: 55,51 + 3,08 = 58,59 mol
   • Mole fraksjon vann: 55,51 / 58,59 = 0,947.
6. 6 Koble nå dataene og de funnet verdiene av mengdene til Raoult -ligningen gitt i begynnelsen av denne delen (P_løsning = P_løsemiddelX_løsemiddel).
   • I vårt eksempel:
   • P_løsning = (23,8 mmHg) (0,947)
   • P_løsning = 22,54 mmHg Kunst. Dette er fornuftig, siden en liten mengde sukker er oppløst i en stor mengde vann (målt i mol, mengden er den samme i liter), så damptrykket vil avta noe.

Metode 3 av 3: Beregning av damptrykk i spesielle tilfeller

1. 1 Definisjon av standardbetingelser. Ofte i kjemi brukes temperatur- og trykkverdier som en slags "standard" -verdi. Disse verdiene kalles standard temperatur og trykk (eller standardforhold). Ved problemer med damptrykk nevnes ofte standardforhold, så det er bedre å huske standardverdiene:
   • Temperatur: 273,15 K / 0˚C / 32 F
   • Trykk: 760 mmHg / 1 atm / 101,325 kPa
2. 2 Skriv om Clapeyron-Clausius-ligningen for å finne andre variabler. Den første delen av denne artikkelen viste hvordan man beregner damptrykket til rene stoffer. Imidlertid krever ikke alle problemer å finne trykket P1 eller P2; i mange problemer er det nødvendig å beregne temperaturen eller verdien av ΔH_vap... I slike tilfeller kan du skrive om Clapeyron-Clausius-ligningen ved å isolere det ukjente på den ene siden av ligningen.
   • For eksempel gitt en ukjent væske, hvis damptrykk er 25 Torr ved 273 K og 150 Torr ved 325 K. Det er nødvendig å finne fordampningens entalpi for denne væsken (det vil si ΔH_vap). Løsningen på dette problemet:
   • 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 Erstatt nå de gitte verdiene for deg:
   • 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 Tenk på damptrykket til permeatet. I vårt eksempel fra den andre delen av denne artikkelen fordamper ikke det oppløste stoffet - sukker - men hvis stoffet produserer damp (fordamper), bør det tas hensyn til damptrykket. For å gjøre dette, bruk en modifisert form for Raoults ligning: P_løsning = Σ (s_substansX_substans), der symbolet Σ (sigma) betyr at det er nødvendig å legge til verdiene for damptrykk for alle stoffene som utgjør løsningen.
   • Vurder for eksempel en løsning laget av to kjemikalier: benzen og toluen. Det totale volumet av løsningen er 120 milliliter (ml); 60 ml benzen og 60 ml toluen.Løsningstemperaturen er 25 ° C, og damptrykket ved 25 ° C er 95,1 mm Hg. for benzen og 28,4 mm Hg. for toluen. Det er nødvendig å beregne damptrykket til løsningen. Vi kan gjøre dette ved å bruke tettheten av stoffer, deres molekylvekt og damptrykkverdier:
   • Vekt (benzen): 60 ml = 0,06 l × 876,50 kg / 1000 l = 0,053 kg = 53 g
   • Masse (toluen): 0,06 L × 866,90 kg / 1000 L = 0,052 kg = 52 g
   • Mol (benzen): 53 g × 1 mol / 78,11 g = 0,679 mol
   • Mol (toluen): 52 g × 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol
   • Totalt antall mol: 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Molfraksjon (benzen): 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Molfraksjon (toluen): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Løsning: P_løsning = P_benzenX_benzen + S_toluenX_toluen
   • P_løsning = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • P_løsning = 51,92 mm Hg. Kunst. + 12,89 mm Hg. Kunst. = 64,81 mmHg Kunst.

Tips

• For å bruke Clapeyron Clausius -ligningen må temperaturen spesifiseres i grader Kelvin (angitt med K). Hvis temperaturen er angitt i Celsius, må du konvertere den ved å bruke følgende formel: T_k = 273 + T_c
• Metoden ovenfor fungerer fordi energi er direkte proporsjonal med mengden varme. Temperaturen på væsken er den eneste miljøfaktoren som påvirker damptrykket.