Hoe om die dampdruk te bereken

Het jy al `n paar uur `n bottel water in die son gelos en dan `n effense fluitgeluid gehoor wanneer jy dit oopmaak? Dit is as gevolg van die beginsel genoem dampdruk. In chemie is die dampdruk die ekstrinsieke druk in die mure van `n verseëlde houer wanneer die stof daarin verdamp (gas word). Om die waarde van die druk by `n gegewe temperatuur te vind, gebruik die Clausius-Clapeyron vergelyking: ln (P1 / P2) = (ΔH_VAP

conținut

Stappe
Metode 1
Metode 2
Metode 3
Wenke

/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

stappe

Metode 1

Gebruik die Clausius-Clapeyron vergelyking

Skryf die Clausius-Clapeyron vergelyking. Die formule wat gebruik word om die dampdruk te bereken wat `n verandering in dampdruk oor tyd gee, staan bekend as die Clausius-Clapeyron-vergelyking (genoem na fisici Rudolf Clausius en Benoit Paul Émile Clapeyron). Dit is die algemene formule wat u nodig het om die meeste van die stoomdrukprobleme wat u in fisika en chemie klasse sal ondervind, op te los. Die formule is die volgende: ln (P1 / P2) = (ΔH_VAP/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)). In hierdie formule beteken die genoemde veranderlikes:

.DELTA.H_VAP: die entalpie van verdamping van die vloeistof. Hierdie waarde kan gevind word in `n tafel aan die einde van die chemiese boeke.
R: die werklike gasinhoud, of 8.314 J / (K x Mol)
T1: die bekende temperatuur van die dampdruk (of die aanvanklike temperatuur)
T2: die temperatuur waarteen die dampdruk sal wees (of die finale temperatuur).
P1 en P2: die dampdruk by temperatuur T1 en T2 onderskeidelik

Plaas die veranderlikes wat jy ken. Die Clausius-Clapeyron vergelyking lyk ingewikkeld omdat dit baie verskillende veranderlikes het, maar die waarheid is nie so moeilik as jy die korrekte inligting het nie. Die basiese probleme van dampdruk sal u die twee waardes van die temperature en `n waarde van druk, of twee waardes van druk en een van die temperatuur gee. Daarom, elke keer as jy hierdie inligting het, sal dit baie maklik wees om dit op te los.

Byvoorbeeld, as jy `n houer vol vloeistof teen 295 K het met `n dampdruk van een atmosfeer (atm). Die vraag is: Wat is die dampdruk by 393 K? Jy het twee temperatuur en een drukwaardes, sodat jy die probleem kan oplos en die ander drukwaarde kan vind met die Clausius-Clapeyron vergelyking. Deur die veranderlikes wat jy het, kan jy die volgende vergelyking kry: ln (1 / P2) = (ΔH_VAP/ R) ((1/393) - (1/295)).

Let op die volgende: Vir die Clausius-Clapeyron vergelykings moet jy altyd die temperatuurwaardes in grade stel Kelvin. Jy kan enige waarde vir die druk gebruik terwyl dit dieselfde is vir P1 en P2.

Plaas die konstantes. Die Clausius-Clapeyron vergelyking bevat twee konstantes: R en ΔH_VAP. R is altyd gelyk aan 8.314 J / (K x Mol). .DELTA.H_VAP (die entalpie van verdamping), maar dit hang af van die stof wat u gaan ondersoek om die druk te bepaal. Soos ons hierbo beskryf het, kan u gewoonlik die ΔH-waardes vind_VAP Vir baie stowwe in die finale gedeelte van die fisika of chemie boeke, kan jy hulle ook aanlyn vind (byvoorbeeld, hier).

Verbeel in hierdie voorbeeld dat die vloeistof is suiwer vloeibare water. As u na die tabel van waardes van ΔH kyk_VAP, jy kan vind dat die waarde van ΔH_VAP dit is 40,65 KJ / mol. Omdat die waarde van H in joules is, in plaas van kilojoules, kan ons hierdie waarde omskakel 40,650 J / mol.

Deur die konstantes binne die vergelyking te plaas, kry jy die volgende: ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295)).

Los die vergelyking op. Sodra u al die veranderlikes in die vergelyking het, behalwe die een wat u wil vind, kan u die vergelyking begin volgens die gewone algebrareëls.

Die enigste probleem in die oplos van die vergelyking (ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295))) is om die natuurlike log-opsie (ln) te kan hanteer. Om `n natuurlike log te kanselleer, gebruik die twee kante van die vergelyking deur `n eksponent in die wiskundige konstante te plaas e. Met ander woorde, ln (x) = 2 → e = e → x = e.

Los nou die vergelyking op:

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. Dit maak sin in `n verseëlde houer, aangesien die temperatuur `n toename van bykans 100 grade sal hê (byna 20 grade bo die kookpunt van water), wat `n hoë dampinhoud sal skep wat die druk dramaties verhoog.

Metode 2

Vind die dampdruk in opgeloste oplossings

Skryf Raoult se wet. Die Clausius-Clapeyron vergelyking is hoër as jy die dampdruk van `n stof wil vind. In die werklike lewe is dit egter skaars om met `n suiwer vloeistof te werk, gewoonlik met vloeistowwe wat mengsels van stowwe met verskillende komponente is. Sommige van die mees algemene komponente van hierdie mengsels word geskep deur klein hoeveelhede van `n sekere chemiese middel op te los opgelos in `n groter hoeveelheid van `n ander chemiese genoem oplosmiddel om `n oplossing te skep. In hierdie gevalle is dit algemeen om `n vergelyking genaamd "Raoult`s law" (genoem deur fisikus François-Marie Raoult) te gebruik. `N Eenvoudige weergawe van Raoult se wet is soos volg: P_oplossing= P_{solventsub> X}_oplosmiddel, waar die veranderlikes beteken:
P_oplossing: die dampdruk van die hele oplossing (van al die komponente gekombineer)
P_oplosmiddel: die dampdruk van die oplosmiddel
X_oplosmiddel: die molfraksie van die oplosmiddel
Moenie bekommerd wees as jy nie die terme soos "molêre breuk" ken nie, maar ons sal verduidelik wat dit in die volgende stappe beteken.

Identifiseer die oplosmiddel en die opgeloste oplossing in u oplossing. Voordat u die dampdruk van `n mengsel van vloeistowwe bereken, moet u identifiseer met watter stowwe u sal werk. As `n herinnering word `n oplossing gevorm deur `n opgeloste oplosmiddel wat in `n oplosmiddel opgelos word. Die opgeloste chemiese stof is altyd die opgeloste stof en die een wat oplos, is altyd die oplosmiddel.

Ons sal met behulp van `n voorbeeld in hierdie afdeling werk om die konsepte te illustreer. Vir die voorbeeld sal ons sê dat ons die dampdruk van `n eenvoudige stroop wil vind. Tradisioneel het `n eenvoudige stroop `n deel van suiker wat in een deel van die water opgelos is, so suiker is die solute en water die oplosmiddel.

Let daarop dat die chemiese formule vir sukrose (suikertafel) C is₁₂H₂₂O₁₁. Dit sal binnekort belangrik wees.

Vind die temperatuur van die oplossing. Soos u in die vorige gedeelte waargeneem het deur Clausius Clapeyron se vergelyking te gebruik, sal die temperatuur van `n vloeistof die dampdruk beïnvloed. In die algemeen, hoe hoër die temperatuur, hoe hoër die dampdruk. As die temperatuur toeneem, sal die verdampte vloeistof toeneem en dus sal stoom vorm, wat die druk in die houer verhoog.

Aanvaar in die voorbeeld dat die temperatuur van die eenvoudige stroop is 298 K (ongeveer 25 ° C).

Vind die dampdruk van die oplosmiddel. Jy is amper gereed om die dampdruk van die oplossing te vind. Eerstens moet jy die waarde van die dampdruk vir die oplosmiddel vind by die temperatuur wat in die vorige stap geïdentifiseer is. Chemiese verwysingsmateriale het dampdrukwaardes vir baie algemene stowwe en stowwe, maar hierdie drukwaardes is gewoonlik bruikbaar wanneer die stof `n temperatuur van 25 ° C / 298 K het of by die kookpunt is. As die oplossing by hierdie temperatuur is, kan u die verwysingswaardes gebruik, maar as dit nie die geval is nie, moet u die dampdruk by die gegewe temperatuur vind.

In hierdie geval kan Clausius Clapeyron se vergelyking nuttig wees. Gebruik die verwysingswaarde van die dampdruk en 298 K (25 ° C) vir P1 en T1 onderskeidelik.

In die voorbeeld is die mengsel by 25 ° C, dus dit is maklik om die data te verkry met behulp van die verwysingstabelle. Ons vind dat die waarde van die dampdruk vir water by 25 ° C is: 23,8 mm HG.

Vind die molfraksie van jou oplosmiddel. Die laaste ding wat jy moet doen voordat jy die probleem oplos, is om die molfraksie van die oplosmiddel te vind. Om die molêre fraksie te vind is maklik: dit verander die komponente slegs in mol, en vind dan die totale persentasie van die aantal mol wat elke komponent in die stof inneem. Met ander woorde, elke komponent in billike molêre breuke (Komponent mol) / (Totale aantal mol in die stof).

Kom ons sê dat die resep vir eenvoudige stroop gebruik 1 liter (L) water en 1 liter sukrose (suiker). In hierdie geval moet jy die aantal mol in elke komponent vind. Om dit te doen, moet jy die massa van elkeen vind, gebruik dan die molêre massa van die stowwe en omskep dit na mol.

Massa (1 liter water): 1000 gram (g)

Deeg (1 L suiwer suiker): ongeveer 1056,7 g

Moles (water): 1,000 gram x 1 mol / 18,015 g = 55,51 mol

Moles (sukrose): 1,056.7 gram x 1mol / 342.2965 g = 3.08 mol (let op dat dit moontlik is Vind die molêre massa van sukrose uit sy chemiese formule, C₁₂H₂₂O₁₁).

Totale mol: 55.51 + 3.08 = 58.59 mol

Molêre fraksie water: 55.51 / 58.59 = 0,947

Besluit. Uiteindelik het u alles wat u nodig het om die vergelyking van Raoult se wet op te los. Hierdie deel is verrassend maklik: plaas net die waardes in die veranderlikes van die vereenvoudigde vergelyking aan die begin van hierdie afdeling van Raoult se wet (P_oplossing = P_oplosmiddelX_oplosmiddel).

By die vervanging van die waardes wat jy kry:

P_oplossing = (23,8 mm Hg) (0.947)

P_oplossing = 22,54 mm Hg. Dit maak sin in molêre terme, ons het `n klein hoeveelheid suiker opgelos in `n groot hoeveelheid water (hoewel die terme in die werklike wêreld aandui dat die twee bestanddele dieselfde volume het), dus slegs die waarde druk dit sal effens afneem.

Metode 3

Vind die dampdruk in spesiale gevalle

Gee aandag aan die standaard temperatuur en druk omstandighede. Wetenskaplikes gebruik gereelde temperatuur- en drukwaardes om foute te voorkom. Hierdie waardes heet "standaard temperatuur en druk" (of STP deur sy akroniem in Engels). Dampdrukprobleme verwys gewoonlik na standaarddruk- en temperatuurtoestande, dus dit is gerieflik om hierdie waardes te memoriseer. Die standaard temperatuur en drukwaardes word gedefinieer as:

temperatuur: 273,15 K / 0 ° C / 32 ° F
druk: 760 mm Hg / 1 atm / 101.325 kilo pascals

Herorden die Clausius-Clapeyron vergelyking om ander veranderlikes te vind. In die voorbeeld in afdeling 1 kan ons sien dat die Clausius-Clapeyron vergelyking baie nuttig is om die dampdruk van suiwer stowwe te vind. Maar nie almal sal vra wat die P1 en P2 is nie, baie sal vra wat die waarde van die temperatuur is of soms die waarde van _VAP. Gelukkig word in hierdie gevalle die korrekte antwoord eenvoudig om die vergelyking te herrangskik om die veranderlike wat jy wil vind, skoon te maak.

Byvoorbeeld, as jy `n onbekende vloeistof het met `n dampdruk van 25 torr by 273 K en 150 torr teen 325 K en wil jy die entalpie van verdamping vir hierdie vloeistof vind (ΔH_VAP). U kan dit soos volg oplos:

ln (P1 / P2) = (ΔH_VAP/ R) ((1 / T2) - (1 / T1))

(ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = (ΔH_VAP/ R)

R x (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = ΔH_VAP Nou sit jy al die waardes:

8.314 J / (K x Mol) x (-1.79) / (- 0.00059) = ΔH_VAP

8.314 J / (K x Mol) x 3.033.90 = ΔH_VAP = 25,223.83 J / mol

Neem die dampdruk van die opgeloste stof in ag wanneer dit stoom produseer. In die vorige voorbeeld van Raoult se wet gee die opgeloste suiker geen stoom by sy normale temperatuur nie (dink: wanneer was die laaste keer dat jy `n houer met suiker gesien het om jou toonbank te stoom?). Wanneer die opgeloste stof egter verdamp, sal dit dampdruk veroorsaak. Ons kan dit sien deur `n gewysigde weergawe van die Raoult-wetvergelyking te gebruik: P_oplossing = Σ (P_komponentX_komponent). Die simbool sigma (Σ) beteken dat jy al die dampdruk van die verskillende komponente moet byvoeg om die antwoorde te kry.

Byvoorbeeld, kom ons sê die oplossing bestaan uit twee chemikalieë: benseen en tolueen. Die totale volume van die oplossing is 120 milliliter (ml): 60 ml van benseen en 60 ml van tolueen. Die oplossing temperatuur is 25 ° C en die dampdruk van elk van hierdie chemikalieë by 25 ° C is 95,1 mm Hg vir benzeen en 28,4 mm Hg vir tolueen. Deur hierdie waardes te kry, vind die dampdruk van die oplossing. Ons kan dit op die volgende manier doen met behulp van standaarddigtheid, molêre massa en dampdrukwaardes vir die twee chemikalieë:

Massa (benseen): 60 ml =, 060 L x 876.50 kg / 1000 L = 0.053 kg = 53 g

Massa (tolueen): 060 L x 866.90 kg / 1.000 L = 0.052 kg = 52 g

Molle (benseen): 53 g x 1 mol / 78.11 g = 0.679 mol

Molle (tolueen): 52 g x 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol

Totale mol: 0.679 + 0.564 = 1.243

Molêre breuk (benseen): 0.679 / 1.243 = 0.546

Molêre breuk (tolueen): 0.564 / 1.243 = 0.454

Los op: P_oplossing = P_benseenX_benseen + P_tolueenX_tolueen

P_oplossing = (95,1 mm Hg) (0,546) + (28,4 mm Hg) (0,444)

P_oplossing = 51,92 mm Hg + 12,89 mm Hg = 64,81 mm Hg

wenke

Om die Clausius Clapeyron vergelyking hierbo te gebruik, moet die temperatuur in Kelvin gemeet word (geskryf as K). As jy die temperatuur in grade Celsius het, verander dit dan met die volgende formule: T_k = 273 + T_c
Bogenoemde metodes werk, want die energie is direk eweredig aan die hoeveelheid hitte wat uitgestraal word. Die temperatuur van die vloeistof is die enigste omgewingsfaktor waarvan die dampdruk afhanklik is.

Wys meer ... (6)

Deel op sosiale netwerke:

Verwante