Përmbajtje

• Hapat
• Këshilla

A keni lënë ndonjëherë një shishe ujë në diell për disa orë, pastaj keni hapur kapakun dhe keni dëgjuar një "pop" të vogël? Ky tingull është për shkak presioni i avullit në shishen e kauzës. Në kimi, presioni i avullit është presioni që vepron në murin e një ene të mbyllur ndërsa avullon lëngu në enë (shndërrohet në një gaz). Për të gjetur presionin e avullit në një temperaturë të njohur përdorni ekuacionin Clausius-Clapeyron: ln (P1 / P2) = (ΔH_avull/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Hapat

Metoda 1 e 3: Përdorni ekuacionin Clausius-Clapeyron

1. 

   Shkruani ekuacionin Clausius-Clapeyron. Kur merret parasysh ndryshimi në presionin e avullit me kalimin e kohës, formula për llogaritjen e presionit të avullit është ekuacioni Clausius-Clapeyron (emëruar pas fizikantëve Rudolf Clausius dhe Benoît Paul Émile Clapeyron). Kjo është një formulë e përdorur zakonisht për të zgjidhur problemet e zakonshme të presionit të avullit në fizikë dhe kimi. Formula është shkruar si më poshtë: ln (P1 / P2) = (ΔH_avull/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)). Në këtë formulë, ndryshoret përfaqësojnë:
   • ΔH_avull: Entalpia e avullimit të lëngjeve. Kjo vlerë mund të gjendet në tabelën në fund të një libri shkollor të kimisë.
   • R: Konstantë ideale e gazit dhe e barabartë me 8,314 J / (K × Mol).
   • T1: Temperatura në të cilën është e njohur presioni i avullit (temperatura fillestare).
   • T2: Temperatura në të cilën kërkohet presioni i avullit (temperatura përfundimtare).
   • P1 dhe P2: Presioni përkatës i avullit në temperaturat T1 dhe T2.

2. 

   
   
   Zëvendësoni vlerat e njohura për ndryshoret. Ekuacioni Clausius-Clapeyron duket mjaft i komplikuar sepse ka shumë variabla të ndryshëm, por nuk është shumë e vështirë nëse problemi ofron informacion të mjaftueshëm. Problemet më themelore të presionit të avullit do t'ju japin dy vlera të temperaturës dhe një vlerë të presionit ose dy vlera të presionit dhe një vlerë të temperaturës - pasi të keni këto të dhëna, zgjidhet lehtë.
   • Për shembull, supozoni se problemi është për një enë me lëng në 295 K dhe me një presion avulli prej 1 atmosfere (atm). Pyetja është: Sa është presioni i avullit në një temperaturë prej 393 K? Kemi dy vlera për temperaturën dhe një për presionin, kështu që është e mundur të zgjidhet për presionin e mbetur duke përdorur ekuacionin Clausius-Clapeyron. Vendosja e vlerave në ndryshore, ne kemi ln (1 / P2) = (ΔH_avull/ R) ((1/393) - (1/295)).
   • Për ekuacionin Clausius-Clapeyron, ne gjithmonë duhet të përdorim një vlerë të temperaturës Kelvin. Mund të përdorni çdo vlerë presioni, për sa kohë që është në të njëjtat njësi si për P1 ashtu edhe për P2.

3. 

   
   
   Zëvendësoni konstante. Ekuacioni Clausius-Clapeyron ka dy konstante: R dhe ΔH_avull. R është gjithmonë i barabartë me 8,314 J / (K × Mol). Sidoqoftë, ΔH_avull (entalpia e paqëndrueshme) varet nga lloji i lëngut avullues të dhënë nga problemi. Me këtë tha, ju mund të shikoni vlerat ΔH_avull të një shumëllojshmërie substancash në fund të një libri shkollor për kimi ose fizikë, ose kërkojeni atë në internet (p.sh. këtu.)
   • Në shembullin e mësipërm, supozoni se lëngu është uje i paster. Nëse shikoni lart në vlerën e tabelës H_avull, kemi ΔH_avull e ujit të pastruar është afërsisht 40,65 kJ / mol. Meqenëse vlera H përdor njësi joul, ne duhet ta kthejmë atë në 40,650 J / mol.
   • Vendosja e konstanteve në ekuacion, ne kemi ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295)).

4. 

   
   
   Zgjidh ekuacionin. Pasi të keni futur të gjitha vlerat në ndryshoret e ekuacionit, përveç ndryshores që po llogarisim, vazhdoni zgjidhjen e ekuacionit sipas parimit të zakonshëm algjebrik.
   • Pika më e vështirë kur zgjidhet ekuacioni (ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295))) është përpunimi i funksionit logaritmik natyror (ln). Për të eleminuar funksionin log natyror, përdorni të dy anët e ekuacionit si eksponentin e konstantës matematikore e. Me fjale te tjera, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Tani le të zgjidhim ekuacionin e shembullit:
   • 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. Kjo vlerë është e arsyeshme - në një enë të mbyllur, kur temperatura rritet me pothuajse 100 gradë (në një temperaturë afërsisht 20 gradë mbi pikën e vlimit të ujit) gjenerohet shumë avull, kështu që presioni do të rritet. shumë.
   reklamë

Metoda 2 e 3: Gjeni presionin e avullit të tretësirës së tretur

1. 

   Shkruaj Ligjin e Raoult. Në fakt, rrallë punojmë me lëngje të pastra - shpesh duhet të punojmë me përzierje të shumë substancave të ndryshme. Disa përzierje të zakonshme krijohen duke tretur një sasi të vogël të një kimike të quajtur tretësirë në një sasi të madhe të kimikateve të tjerë të quajtur Tretës për të formuar zgjidhje. Në këtë rast, ne duhet të dimë ekuacionin për Ligjin e Raoult (emëruar pas fizikanit François-Marie Raoult), i cili duket kështu: P_zgjidhje= P_TretësX_Tretës. Në këtë formulë, ndryshoret përfaqësojnë:
   • P_zgjidhje: Presioni i avullit të të gjithë tretësirës (të gjithë përbërësit e tretësirës)
   • P_Tretës: Presioni i avullit të tretësit
   • X_Tretës: Fraksioni molar i tretësit.
   • Mos u shqetësoni nëse nuk e dini tashmë termin "pjesë molare" - ne do ta shpjegojmë atë në hapat e ardhshëm.

2. 

   Të dallojë tretësit dhe tretësit në tretësirë. Para se të llogaritni presionin e avullit të një tretësire, duhet të identifikoni substancat që jepen nga problemi. Vini re se një tretësirë ​​formohet kur një tretës tretet në një tretës - kimikati që tretet është gjithmonë një tretës, dhe kimikati që bën punën është tretësi.
   • Në këtë pjesë do të marrim një shembull të thjeshtë për të ilustruar konceptet e mësipërme. Supozoni se duam të gjejmë presionin e avullit të tretësirës së shurupit. Zakonisht shurupi përgatitet nga një pjesë e sheqerit e tretur në një pjesë të ujit, prandaj themi sheqeri është i tretur dhe uji është tretës.
   • Shënim: formula kimike për saharozën (sheqer i grimcuar) është C₁₂H₂₂O₁₁. Ju do ta gjeni këtë informacion shumë të rëndësishëm.

3. 

   Gjeni temperaturën e tretësirës. Siç e shohim në seksionin e sipërpërmendur Clausius Clapeyron, temperatura e lëngut do të ndikojë në presionin e tij të avullit. Në përgjithësi, sa më e lartë të jetë temperatura, aq më e lartë është presioni i avullit - me rritjen e temperaturës, aq më shumë lëng avullohet dhe rrit presionin në enë.
   • Në këtë shembull, supozoni se temperatura aktuale e shurupit është 298 K (rreth 25 C).

4. 

   Gjeni presionin e avullit të tretësit. Referencat kimike zakonisht japin vlera të presionit të avullit për shumë substanca dhe përzierje, por zakonisht vetëm për vlerat e presionit në 25 ° C / 298 K ose në temperaturën e pikës së vlimit. Nëse solucioni juaj ka këtë temperaturë, atëherë mund të përdorni një vlerë referimi, përndryshe duhet të gjeni presionin e avullit në temperaturën fillestare të tretësirës.
   • Ekuacioni Clausius-Clapeyron mund të ndihmojë këtu, duke përdorur presionin dhe temperaturën 298 K (25 C) për P1 dhe T1.
   • Në këtë shembull, përzierja ka një temperaturë prej 25 ° C kështu që ne mund të përdorim një tryezë kërkimi. Ne shohim ujë në 25 ° C me një presion të avullit prej 23,8 mmHg

5. 

   Gjeni fraksionin molar të tretësit. Gjëja e fundit që duhet të bëni para se të zgjidhni rezultatet është të gjeni fraksionin molar të tretësit. Kjo është shumë e lehtë: thjesht shndërroni përbërësit në mole, pastaj gjeni përqindjen e secilit prej moleve totale të përzierjes. Me fjalë të tjera, pjesa molare e secilit përbërës është e barabartë me (numri i moleve të përzierjes) / (mole totale të përzierjes).
   • Supozoni se receta për shurupin është 1 litër ujë (L) dhe 1 litër saharozë (sheqer). Atëherë duhet të gjejmë numrin e moleve të secilit përbërës. Për ta bërë këtë, ne do të gjejmë masat e secilit përbërës, pastaj përdorim masën molare të atyre përbërësve për të përpunuar nishanet.
   • Pesha (1 L ujë): 1,000 gram (g)
   • Pesha (1 L sheqer i papërpunuar): Përafër. 1056,7 g
   • Numri i moleve (ujë): 1.000 gram × 1 mol / 18.015 g = 55.51 mol
   • Moles (sheqer): 1.056.7 gram × 1 mol / 342.2965 g = 3.08 mol (Vini re se mund të gjeni masën molare të sheqerit nga formula kimike e tij, C₁₂H₂₂O₁₁.)
   • Mole totale: 55.51 + 3.08 = 58.59 mole
   • Fraksioni molar i ujit: 55.51 / 58.59 = 0,947

6. 

   Zgjidh rezultatet. Më në fund, ne kemi të dhëna të mjaftueshme për të zgjidhur ekuacionin Raoult. Kjo është shumë e lehtë: fusni vlerat në ndryshore të ekuacionit të Teoremës Raoult të përmendura në fillim të këtij seksioni (P_zgjidhje = P_TretësX_Tretës).
   • Duke zëvendësuar vlerat, kemi:
   • P_zgjidhje = (23.8 mmHg) (0.947)
   • P_zgjidhje = 22.54 mmHg. Ky rezultat është i arsyeshëm - në terma molarë vetëm pak sheqer tretet në shumë ujë (megjithëse këta të dy janë në të vërtetë vëllimi i njëjtë), kështu që presioni i avullit do të bjerë vetëm pak.
   reklamë

Metoda 3 nga 3: Gjeni presionin e avullit në raste të veçanta

1. 

   Identifikoni kushtet standarde të presionit dhe temperaturës. Shkencëtarët shpesh përdorin një palë vlera presioni dhe temperature si kushtet "e paracaktuar". Këto vlera referohen si Presioni dhe Temperatura Standarde (referuar kolektivisht si Gjendja Standarde ose DKTC). Problemet e presionit të avullit shpesh i referohen DKTC, prandaj duhet të mësoni përmendësh këto vlera për lehtësi. DKTC përcaktohet si:
   • Temperatura: 273.15 K / 0 C / 32 F
   • Presioni: 760 mmHg / 1 atm / 101,325 kilopaskale

2. 

   Kaloni në ekuacionin Clausius-Clapeyron për të gjetur variabla të tjerë. Në shembullin në Pjesën 1, ne shohim se ekuacioni Clausius-Clapeyron është shumë efektiv kur bëhet fjalë për llogaritjen e presionit të avullit të substancave të pastra. Sidoqoftë, jo të gjitha problemet kërkojnë gjetjen e P1 ose P2, por shumë herë ata madje kërkojnë të gjejnë temperaturën apo edhe vlerën ΔH._avull. Në këtë rast, për të gjetur përgjigjen, thjesht duhet ta ndërroni ekuacionin në mënyrë që ndryshorja e dëshiruar të jetë në njërën anë të ekuacionit, dhe të gjitha ndryshoret e tjera të jenë në anën tjetër.
   • Për shembull, supozoni se ekziston një lëng i panjohur me një presion avulli prej 25 torr në 273 K dhe 150 torr në 325 K, dhe ne duam të gjejmë entalpinë e paqëndrueshme të këtij lëngu (ΔH_avull) Ne mund të zgjidhim sa vijon:
   • ln (P1 / P2) = (ΔH_avull/ R) ((1 / T2) - (1 / T1))
   • (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = (ΔH_avull/ R)
   • R × (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = ΔH_avull. Tani le të zëvendësojmë vlerat:
   • 8,314 J / (K × Mol) × (-1.79) / (- 0.00059) = ΔH_avull
   • 8,314 J / (K × Mol) ,0 3,033,90 = ΔH_avull = 25,223.83 J / mol

3. 

   Merrni parasysh presionin e avullit të tretësirës kur avullon. Në shembullin e mësipërm të Ligjit të Raoult, tretësira jonë është sheqeri kështu që nuk avullohet vetvetiu në temperaturën e dhomës (mendoni se keni parë ndonjëherë që një tas me sheqer të avullojë?). Sidoqoftë, kur substanca tretet me të vërtetë Nëse avullohet, kjo do të ndikojë në presionin e përgjithshëm të avullit të tretësirës. Ne e llogarisim këtë presion duke përdorur ekuacionin e ndryshueshëm të Ligjit të Raoult: P_zgjidhje = Σ (P_përbërësX_përbërës). Simboli (Σ) do të thotë që duhet të mbledhim të gjitha presionet e avullit të përbërësve të ndryshëm për të gjetur një përgjigje.
   • Për shembull, le të themi se kemi një tretësirë ​​të përbërë nga dy kimikate: benzeni dhe tolueni. Vëllimi i përgjithshëm i tretësirës është 120 ml; 60 mL benzinë ​​dhe 60 mL toluen. Temperatura e tretësirës është 25 ° C dhe presioni i avullit të secilit përbërës kimik në 25 ° C është 95,1 mmHg për benzenin, dhe 28,4 mmHg për toluenin. Për vlerat e dhëna, gjeni presionin e avullit të tretësirës. Ne mund ta zgjidhim problemin duke përdorur dendësinë, masën molare dhe presionin e avullit të dy kimikateve:
   • Vëllimi (benzinë): 60 ml = 0,06 L × 876,50 kg / 1,000 L = 0,053 kg = 53 g
   • Pesha (tolueni): 0,06 L × 866,90 kg / 1,000 L = 0,052 kg = 52 g
   • Numri i moleve (benzinë): 53 g × 1 mol / 78.11 g = 0.679 mol
   • Numri i moleve (toluen): 52 g × 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol
   • Mole totale: 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Fraksioni molar (benzinë): 0.679 / 1.243 = 0.546
   • Fraksioni molar (tolueni): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Zgjidh rezultatet: P_zgjidhje = P_benzinëX_benzinë + P_toluenX_toluen
   • P_zgjidhje = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • P_zgjidhje = 51.92 mmHg + 12.89 mmHg = 64,81 mmHg
   reklamë

Këshilla

• Për të përdorur ekuacionin Clausius Clapeyron më lart, duhet të ktheni temperaturën në njësi Kevin (shënuar me K). Nëse e keni temperaturën në Celsius atëherë ndryshojeni me formulën e mëposhtme: T_k = 273 + T_c
• Ju mund të aplikoni metodat e mësipërme sepse energjia është proporcionale me sasinë e nxehtësisë së furnizuar. Temperatura e lëngut është i vetmi faktor mjedisor që ndikon në presionin e avullit.