İçerik

• adımlar
• Yöntem 1/3: Clapeyron-Clausius denklemini kullanma
• Yöntem 2/3: Çözeltilerdeki buhar basıncını hesaplama
• Yöntem 3/3: Özel Durumlarda Buhar Basıncının Hesaplanması
• İpuçları

Hiç bir şişe suyu kavurucu güneşin altında birkaç saat bırakıp açtığınızda “tıslama” sesi duydunuz mu? Bu ses buhar basıncından kaynaklanır. Kimyada buhar basıncı, hermetik olarak kapatılmış bir kapta buharlaşan bir sıvının buharının uyguladığı basınçtır. Belirli bir sıcaklıkta buhar basıncını bulmak için Clapeyron-Clausius denklemini kullanın: ln (P1 / P2) = (ΔH_buhar/ Sağ) ((1 / T2) - (1 / T1)).

adımlar

Yöntem 1/3: Clapeyron-Clausius denklemini kullanma

1. 1 Zamanla değiştikçe buhar basıncını hesaplamak için kullanılan Clapeyron-Clausius denklemini yazın. Bu formül çoğu fiziksel ve kimyasal problem için kullanılabilir. Denklem şöyle görünür: ln (P1 / P2) = (ΔH_buhar/ Sağ) ((1 / T2) - (1 / T1)), nerede:
   • ΔH_buhar Sıvının buharlaşma entalpisidir. Genellikle kimya ders kitaplarında bir tabloda bulunabilir.
   • R - gaz sabiti 8.314 J / (K × mol)
   • T1 başlangıç ​​sıcaklığıdır (buhar basıncının bilindiği).
   • T2 (buhar basıncının bilinmediği) son sıcaklıktır.
   • P1 ve P2 - sırasıyla T1 ve T2 sıcaklıklarında buhar basıncı.
2. 2 Size verilen büyüklüklerin değerlerini Clapeyron-Clausius denkleminde yerine yazınız. Çoğu problem, iki sıcaklık değeri ve bir basınç değeri veya iki basınç değeri ve bir sıcaklık değeri verir.
   • Örneğin, bir kap 295 K sıcaklıkta sıvı içerir ve buhar basıncı 1 atmosferdir (1 atm). 393 K'de buhar basıncını bulun. Burada size iki sıcaklık ve bir basınç verilmiştir, böylece Clapeyron-Clausius denklemini kullanarak farklı bir basınç bulabilirsiniz. Formülde size verilen değerleri yerine koyarak şunları elde edersiniz: ln (1 / P2) = (ΔH_buhar/ R) ((1/393) - (1/295)).
   • Lütfen Clapeyron-Clausius denkleminde sıcaklığın her zaman kelvin cinsinden ve herhangi bir ölçüm biriminde basıncın ölçüldüğünü unutmayın (ancak bunlar P1 ve P2 için aynı olmalıdır).
3. 3 Sabitleri değiştirin. Clapeyron-Clausius denklemi iki sabit içerir: R ve ΔH_buhar... R her zaman 8.314 J / (K × mol)'dir. ΔH değeri_buhar (buharlaşma entalpisi) buhar basıncını bulmaya çalıştığınız maddeye bağlıdır; bu sabit genellikle kimya ders kitaplarındaki bir tabloda veya web sitelerinde (örneğin, burada) bulunabilir.
   • Örneğimizde, kapta su olduğunu varsayalım. ΔH_buhar su 40.65 kJ/mol'e veya 40650 J/mol'e eşittir.
   • Sabitleri formüle takın ve şunu elde edin: ln (1 / P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 Cebirsel işlemleri kullanarak denklemi çözün.
   • Örneğimizde, bilinmeyen değişken doğal logaritmanın (ln) işaretinin altındadır. Doğal logaritmadan kurtulmak için denklemin her iki tarafını da matematiksel sabit "e"nin gücüne dönüştürün. Diğer bir deyişle, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Şimdi denklemi çözün:
   • 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. Bu, hava geçirmez şekilde kapatılmış bir kapta sıcaklığın 100 derece artırılması buharlaşmayı artıracağından ve bu da buhar basıncını önemli ölçüde artıracağından mantıklıdır.

Yöntem 2/3: Çözeltilerdeki buhar basıncını hesaplama

1. 1 Raoult yasasını yazın. Gerçek hayatta saf sıvılar nadirdir; genellikle çözümlerle uğraşırız. Çözelti, "çözünen" olarak adlandırılan belirli bir kimyasalın az bir miktarının, "çözücü" adı verilen başka bir kimyasalın daha büyük bir miktarına eklenmesiyle yapılır. Çözümler için Raoult yasasını kullanın:P_çözüm = P_çözücüx_çözücü, nerede:
   • P_çözüm Çözeltinin buhar basıncıdır.
   • P_çözücü Çözücünün buhar basıncıdır.
   • x_çözücü - çözücünün mol fraksiyonu.
   • Köstebek kesrinin ne olduğunu bilmiyorsanız okumaya devam edin.
2. 2 Hangi maddenin çözücü, hangisinin çözünen olacağını belirleyin. Bir çözünenin, bir çözücü içinde çözünen bir madde olduğunu ve bir çözücünün, bir çözünen maddeyi çözen bir madde olduğunu hatırlayın.
   • Bir şurup örneği düşünün. Bir şurup elde etmek için bir kısım şeker bir kısım suda çözülür, bu nedenle şeker bir çözünen ve su bir çözücüdür.
   • Sakkarozun (adi şeker) kimyasal formülünün C olduğuna dikkat edin.₁₂H₂₂Ö₁₁... Gelecekte buna ihtiyacımız olacak.
3. 3 Buhar basıncını etkileyeceği için çözeltinin sıcaklığını bulun. Sıcaklık arttıkça buharlaşma arttığından, sıcaklık ne kadar yüksek olursa buhar basıncı da o kadar yüksek olur.
   • Örneğimizde şurup sıcaklığının 298 K (yaklaşık 25°C) olduğunu varsayalım.
4. 4 Çözücünün buhar basıncını bulun. Birçok yaygın kimyasal için buhar basıncı değerleri kimya el kitaplarında verilmektedir, ancak bunlar tipik olarak 25 °C / 298 K sıcaklıklarda veya kaynama noktalarında verilmektedir. Problemde size bu tür sıcaklıklar verilirse, referans kitaplarındaki değerleri kullanın; aksi takdirde, maddenin belirli bir sıcaklığındaki buhar basıncını hesaplamanız gerekir.
   • Bunu yapmak için, sırasıyla P1 ve T1 yerine 298 K (25 ° C) buhar basıncını ve sıcaklığını değiştirerek Clapeyron-Clausius denklemini kullanın.
   • Örneğimizde, çözeltinin sıcaklığı 25 °C'dir, bu nedenle referans tablolarındaki değeri kullanın - 25 °C'deki suyun buhar basıncı 23,8 mmHg'dir.
5. 5 Çözücünün mol fraksiyonunu bulun. Bunu yapmak için, bir maddenin mol sayısının çözeltideki tüm maddelerin toplam mol sayısına oranını bulun. Başka bir deyişle, her maddenin mol kesri (maddenin mol sayısı) / (tüm maddelerin toplam mol sayısı) olur.
   • Diyelim ki şurup yapmak için 1 litre su ve 1 litre sakaroz (şeker) kullandınız. Bu durumda her bir maddenin mol sayısını bulmak gerekir. Bunu yapmak için, her maddenin kütlesini bulmanız ve ardından mol elde etmek için bu maddelerin molar kütlelerini kullanmanız gerekir.
   • 1 litre suyun ağırlığı = 1000 gr
   • 1 litre şekerin ağırlığı = 1056.7 g
   • Mol (su): 1000 g × 1 mol / 18.015 g = 55.51 mol
   • Mol (sakaroz): 1056.7 g × 1 mol / 342.2965 g = 3.08 mol (sakarozun molar kütlesini kimyasal formülü C'den bulabileceğinizi unutmayın)₁₂H₂₂Ö₁₁).
   • Toplam mol sayısı: 55.51 + 3.08 = 58.59 mol
   • Suyun mol kesri: 55.51 / 58.59 = 0.947.
6. 6 Şimdi verileri ve miktarların bulunan değerlerini bu bölümün başında verilen Raoult denklemine takın (P_çözüm = P_çözücüx_çözücü).
   • Örneğimizde:
   • P_çözüm = (23,8 mmHg) (0,947)
   • P_çözüm = 22,54 mmHg Sanat. Bu mantıklıdır, çünkü az miktarda şeker çok miktarda suda çözülür (mol olarak ölçülürse; miktarları litre olarak aynıdır), bu nedenle buhar basıncı biraz azalacaktır.

Yöntem 3/3: Özel Durumlarda Buhar Basıncının Hesaplanması

1. 1 Standart koşulların tanımı. Genellikle kimyada sıcaklık ve basınç değerleri bir nevi "varsayılan" değer olarak kullanılır. Bu değerlere standart sıcaklık ve basınç (veya standart koşullar) denir. Buhar basıncı problemlerinde genellikle standart koşullardan bahsedilir, bu nedenle standart değerleri hatırlamak daha iyidir:
   • Sıcaklık: 273,15 K / 0˚C / 32 F
   • Basınç: 760 mmHg / 1 atm / 101.325 kPa
2. 2 Diğer değişkenleri bulmak için Clapeyron-Clausius denklemini yeniden yazın. Bu makalenin ilk bölümü, saf maddelerin buhar basınçlarının nasıl hesaplanacağını gösterdi. Ancak, tüm problemler P1 veya P2 basıncını bulmayı gerektirmez; birçok problemde sıcaklığı veya ΔH değerini hesaplamak gerekir._buhar... Bu gibi durumlarda, bilinmeyeni denklemin bir tarafında yalıtarak Clapeyron-Clausius denklemini yeniden yazın.
   • Örneğin, buhar basıncı 273 K'da 25 Torr ve 325 K'da 150 Torr olan bilinmeyen bir sıvı verildiğinde. Bu sıvının buharlaşma entalpisini bulmak gerekir (yani, ΔH_buhar). Bu sorunun çözümü:
   • ln (P1 / P2) = (ΔH_buhar/ Sağ) ((1 / T2) - (1 / T1))
   • (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = (ΔH_buhar/ R)
   • R × (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = ΔH_buhar Şimdi verilen değerleri sizin için değiştirin:
   • 8.314 J / (K × mol) × (-1.79) / (- 0.00059) = ΔH_buhar
   • 8.314 J / (K × mol) × 3033.90 = ΔH_buhar = 25223.83 J / mol
3. 3 Permeatın buhar basıncını düşünün. Bu makalenin ikinci bölümündeki örneğimizde, çözünen - şeker - buharlaşmaz, ancak çözünen buhar üretiyorsa (buharlaşırsa), buhar basıncı dikkate alınmalıdır. Bunu yapmak için, Raoult denkleminin değiştirilmiş bir formunu kullanın: P_çözüm = Σ (P_maddex_madde), burada Σ (sigma) sembolü, çözeltiyi oluşturan tüm maddelerin buhar basınçlarının değerlerinin eklenmesi gerektiği anlamına gelir.
   • Örneğin, iki kimyasaldan oluşan bir çözelti düşünün: benzen ve toluen. Çözeltinin toplam hacmi 120 mililitredir (ml); 60 ml benzen ve 60 ml toluen.Çözelti sıcaklığı 25 °C'dir ve 25 °C'deki buhar basıncı 95.1 mm Hg'dir. benzen ve 28.4 mm Hg için. toluen için. Çözeltinin buhar basıncını hesaplamak gerekir. Bunu, maddelerin yoğunluklarını, moleküler ağırlıklarını ve buhar basıncı değerlerini kullanarak yapabiliriz:
   • Ağırlık (benzen): 60 ml = 0,06 l × 876,50 kg / 1000 l = 0,053 kg = 53 g
   • Kütle (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
   • Toplam mol sayısı: 0.679 + 0.564 = 1.243
   • Mol fraksiyonu (benzen): 0.679 / 1.243 = 0.546
   • Mol fraksiyonu (toluen): 0.564 / 1.243 = 0.454
   • Çözüm: P_çözüm = P_benzenx_benzen + P_toluenx_toluen
   • P_çözüm = (95.1 mmHg) (0.546) + (28.4 mmHg) (0.454)
   • P_çözüm = 51,92 mm Hg. Sanat. + 12,89 mm Hg. Sanat. = 64,81 mmHg Sanat.

İpuçları

• Clapeyron Clausius denklemini kullanmak için, sıcaklığın Kelvin derecesi (K ile gösterilir) cinsinden belirtilmesi gerekir. Sıcaklığınız Santigrat cinsinden verilmişse, aşağıdaki formülü kullanarak bunu dönüştürmeniz gerekir: T_k = 273 + T_C
• Yukarıdaki yöntem işe yarar çünkü enerji, ısı miktarı ile doğru orantılıdır. Sıvının sıcaklığı, buhar basıncını etkileyen tek çevresel faktördür.