3 Mga paraan upang Kalkulahin ang Presyon ng Vapor

2024 May -akda: Jason Gerald | [email protected]. Huling binago: 2024-02-01 14:16

Nag-iwan ka ba ng isang bote ng tubig sa mainit na araw ng ilang oras at nakarinig ng kaunting tunog na "sumitsit" nang buksan mo ito? Ito ay dahil sa isang prinsipyo na tinatawag na presyon ng singaw. Sa kimika, ang presyon ng singaw ay ang presyong isinasagawa ng mga dingding ng isang saradong lalagyan kapag ang sangkap ng kemikal dito ay sumingaw (naging isang gas). Upang makita ang presyon ng singaw sa isang naibigay na temperatura, gamitin ang equation ng Clausius-Clapeyron: ln (P1 / P2) = (ΔH_singaw/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Hakbang

Paraan 1 ng 3: Paggamit ng Equation ng Clausius-Clapeyron

Hakbang 1. Isulat ang equation ng Clausius-Clapeyron

Ang pormulang ginamit upang makalkula ang presyon ng singaw sa pagbabago ng presyon ng singaw sa paglipas ng panahon ay tinatawag na equation na Clausius – Clapeyron (na pinangalanang physicists na sina Rudolf Clausius at Benoît Paul mile Clapeyron.) Ito ang karaniwang formula na kakailanganin mo upang malutas ang karamihan sa mga uri ng mga problema Ang mga katanungan sa presyon ng singaw ay madalas na matatagpuan sa mga klase sa pisika at kimika. Ganito ang pormula: ln (P1 / P2) = (ΔH_singaw/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)). Sa pormulang ito, ang mga variable ay kumakatawan sa:

• H_singaw:

  Ang entalpy ng pag-singaw ng isang likido. Ang entalpy na ito ay kadalasang matatagpuan sa talahanayan sa likuran ng aklat ng kimika.

• R:

  Ang tunay / unibersal na pare-pareho ng gas, o 8.314 J / (K × Mol).

• Q1:

  Ang temperatura kung saan kilala ang presyon ng singaw (o paunang temperatura).

• T2:

  Ang temperatura kung saan ang presyon ng singaw ay hindi alam / nais na matagpuan (o ang pangwakas na temperatura).

• P1 at P2:

  Ang presyon ng singaw sa temperatura ng T1 at T2, ayon sa pagkakabanggit.

Hakbang 2. Ipasok ang mga variable na alam mo

Ang equation ng Clausius-Clapeyron ay mukhang kumplikado dahil mayroon itong maraming iba't ibang mga variable, ngunit sa totoo lang hindi iyon mahirap kung mayroon kang tamang impormasyon. Karamihan sa mga pangunahing problema sa presyon ng singaw ay maglilista ng dalawang halaga ng temperatura at isang halaga ng presyon o dalawang halaga ng presyon at isang halaga ng temperatura - sa sandaling malaman mo ito, napakadali ng paglutas ng equation na ito.

• Halimbawa, sabihin na sinabi sa amin na mayroon kaming lalagyan na puno ng likido sa 295 K na ang presyon ng singaw ay 1 kapaligiran (atm). Ang aming katanungan ay: Ano ang presyon ng singaw sa 393 K? Mayroon kaming dalawang mga halaga ng temperatura at isang halaga ng presyon, kaya maaari naming mahanap ang iba pang mga halaga ng presyon gamit ang equation na Clausius-Clapeyron. Sa pamamagitan ng pag-plug sa aming mga variable, nakukuha natin ln (1 / P2) = (ΔH_singaw/ R) ((1/393) - (1/295)).
• Tandaan na, para sa equation ng Clausius-Clapeyron, dapat mong palaging gamitin ang halagang temperatura Kelvin. Maaari mong gamitin ang anumang halaga ng presyon hangga't ang mga halaga para sa P1 at P2 ay pareho.

Hakbang 3. Ipasok ang iyong mga pare-pareho

Ang equation ng Clausius-Clapeyron ay mayroong dalawang mga pare-pareho: R at H_singaw. Ang R ay laging katumbas ng 8.314 J / (K × Mol). Gayunpaman, H_singaw (entalpy of vaporization) ay nakasalalay sa sangkap na hinahanap mo ang presyon ng singaw. Tulad ng nabanggit sa itaas, maaari mong makita ang mga halaga ng H_singaw para sa iba't ibang mga sangkap sa likuran ng isang aklat-aralin ng kimika o pisika, o online (tulad ng, halimbawa, dito.)

• Sa aming halimbawa, ipagpalagay na ang aming likido ay Purong tubig.

  Kung titingnan natin sa talahanayan ang mga halagang H_singaw, nahanap natin na H_singaw purong tubig ay tungkol sa 40.65 KJ / mol. Dahil ang aming H halaga ay nasa joule, at hindi mga kilojoule, maaari naming itong baguhin 40,650 J / mol.

• Ang pag-plug sa aming mga pare-pareho, nakukuha natin ln (1 / P2) = (40,650 / 8, 314) ((1/393) - (1/295)).

Hakbang 4. Malutas ang equation

Kapag naisama mo na ang lahat ng mga variable sa equation maliban sa hinahanap mo, magpatuloy sa paglutas ng equation alinsunod sa mga patakaran ng ordinaryong algebra.

• Ang mahirap lamang na bahagi ng paglutas ng aming equation (ln (1 / P2) = (40,650 / 8, 314) ((1/393) - (1/295))) ay paglulutas ng natural na log (ln). Upang alisin ang natural na log, gamitin lamang ang magkabilang panig ng equation bilang mga exponent para sa matematika na pare-pareho e. Sa ibang salita, ln (x) = 2 → e^{ln (x)} = e² → x = e².

• Ngayon, malutas natin ang aming equation:
• ln (1 / P2) = (40,650 / 8, 314) ((1/393) - (1/295))
• ln (1 / P2) = (4889, 34) (- 0, 00084)
• (1 / P2) = e^{(-4, 107)}
• 1 / P2 = 0.0165

• P2 = 0.0165^-1 = 60, 76 atm.

  Ito ay may katuturan - sa isang saradong lalagyan, ang pagtaas ng temperatura sa halos 100 degree (sa halos 20 degree sa itaas ng kumukulong point) ay makakapagdulot ng maraming singaw, mabilis na pagtaas ng presyon.

Paraan 2 ng 3: Paghahanap ng Presyon ng Vapor na may Solusyong Solusyon

Hakbang 1. Isulat ang Batas ng Raoult

Sa totoong buhay, bihira kaming gumana sa isang purong likido - kadalasan, nagtatrabaho kami sa isang likido na pinaghalong maraming iba't ibang mga sangkap. Ang ilan sa mga pinaka-karaniwang ginagamit na mga mixture ay ginawa sa pamamagitan ng pagtunaw ng isang maliit na halaga ng isang tiyak na kemikal na tinatawag na solute sa maraming mga kemikal na tinatawag na isang solvent upang makagawa ng solusyon. Sa mga kasong ito, kapaki-pakinabang na malaman ang isang equation na tinatawag na Batas ng Raoult (pinangalanan pagkatapos ng pisisista na si François-Marie Raoult), na nakasulat nang ganito: P_solute= P_pantunawX_pantunaw. Sa pormulang ito, ang mga variable ay kumakatawan;

• P_solute:

  Presyon ng singaw ng buong solusyon (pinagsama ang lahat ng mga elemento)

• P_pantunaw:

  Solvent presyon ng singaw

• X_pantunaw:

  Mole maliit na bahagi ng pantunaw

• Huwag mag-alala kung hindi mo alam ang mga termino tulad ng maliit na bahagi ng nunal - ipapaliwanag namin ang mga ito sa mga susunod na hakbang.

Hakbang 2. Tukuyin ang solvent at solute sa iyong solusyon

Bago mo makalkula ang presyon ng singaw ng isang halo-halong likido, dapat mong kilalanin ang mga sangkap na iyong ginagamit. Bilang paalala, ang isang solusyon ay nabuo kapag ang isang solute ay natutunaw sa isang solvent - ang kemikal na natutunaw ay laging tinatawag na solute, at ang kemikal na gumagawa nito na natutunaw ay laging tinatawag na solvent.

• Gumawa tayo ng paggamit ng mga simpleng halimbawa sa seksyong ito upang ilarawan ang mga konsepto na tinatalakay namin. Para sa aming halimbawa, sabihin nating nais nating hanapin ang presyon ng singaw ng syrup ng asukal. Ayon sa kaugalian, ang syrup ng asukal ay asukal na natutunaw sa tubig (1: 1 ratio), kaya masasabi natin iyon asukal ang aming solute at tubig ang aming pantunaw.
• Tandaan na ang formula ng kemikal para sa sucrose (table sugar) ay C₁₂H₂₂O₁₁. Ang pormulang kemikal na ito ay magiging napakahalaga.

Hakbang 3. Hanapin ang temperatura ng solusyon

Tulad ng nakita natin sa seksyong Clausius Clapeyron sa itaas, ang temperatura ng isang likido ay makakaapekto sa presyon ng singaw nito. Pangkalahatan, mas mataas ang temperatura, mas malaki ang presyon ng singaw - habang tumataas ang temperatura, higit sa likido ang aalis at bubuo ng singaw, na nagdaragdag ng presyon sa lalagyan.

Sa aming halimbawa, sabihin nating ang temperatura ng syrup ng asukal sa puntong ito ay 298 K (mga 25 C).

Hakbang 4. Hanapin ang presyon ng singaw ng pantunaw

Ang mga materyal na sanggunian ng kemikal ay karaniwang may mga halaga ng presyon ng singaw para sa maraming karaniwang ginagamit na sangkap at compound, ngunit ang mga halagang ito ng presyon ay karaniwang wasto lamang kung ang sangkap ay may temperatura na 25 C / 298 K o ang kumukulong punto nito. Kung ang iyong solusyon ay may isa sa mga temperatura na ito, maaari kang gumamit ng isang sanggunian na halaga, ngunit kung hindi, kakailanganin mong hanapin ang presyon ng singaw sa temperatura na iyon.

• Ang Clausius-Clapeyron ay makakatulong - gumamit ng isang sangguniang presyon ng singaw at 298 K (25 C) para sa P1 at T1 ayon sa pagkakabanggit.
• Sa aming halimbawa, ang aming timpla ay may temperatura na 25 C, kaya madali naming magagamit ang aming madaling talahanayan ng sanggunian. Alam natin na sa 25 C, ang tubig ay may presyon ng singaw ng 23.8 mm HG

Hakbang 5. Hanapin ang maliit na bahagi ng nunal ng iyong pantunaw

Ang huling bagay na kailangan nating gawin bago natin ito malutas ay upang hanapin ang maliit na bahagi ng nunal ng aming pantunaw. Madali ang paghahanap ng maliit na bahagi ng taling: i-convert lamang ang iyong mga compound sa mga moles, pagkatapos ay hanapin ang porsyento ng bawat compound sa kabuuang bilang ng mga moles sa sangkap. Sa madaling salita, ang maliit na bahagi ng taling ng bawat tambalan ay katumbas ng (moles ng compound) / (kabuuang bilang ng mga moles sa sangkap).

• Ipagpalagay na ang aming resipe para sa paggamit ng asukal syrup 1 litro (L) ng tubig at 1 litro ng sucrose (asukal).

  Sa kasong ito, dapat nating hanapin ang bilang ng mga moles ng bawat compound. Upang magawa ito, mahahanap natin ang masa ng bawat compound, pagkatapos ay gamitin ang molar mass ng sangkap upang i-convert ito sa mga moles.

• Mass (1 L ng tubig): 1,000 gramo (g)
• Masa (1 L ng hilaw na asukal): Tinatayang 1,056, 8 g
• Taling (tubig): 1,000 gramo × 1 mol / 18.015 g = 55.51 mol
• Moles (sucrose): 1,056, 7 gramo × 1 mol / 342.2965 g = 3.08 moles (tandaan na mahahanap mo ang molar mass ng sucrose mula sa kemikal na pormula, C₁₂H₂₂O₁₁.)
• Kabuuang mga moles: 55.51 + 3.08 = 58.59 mol
• Mole maliit na bahagi ng tubig: 55, 51/58, 59 = 0, 947

Hakbang 6. Tapusin

Sa wakas, mayroon kaming lahat na kailangan upang malutas ang equation ng Batas ng aming Raoult. Napakadali ng bahaging ito: i-plug lamang ang iyong mga halaga para sa mga variable sa pinasimple na Equation ng Batas ng Raoult sa simula ng seksyong ito (P_solute = P_pantunawX_pantunaw).

• Pagpasok ng aming mga halaga, nakukuha namin ang:
• P_solusyon = (23.8 mm Hg) (0, 947)

• P_solusyon = 22.54 mm Hg.

  May katuturan ang resulta - sa mga term ng nunal, mayroong napakakaunting asukal na natunaw sa maraming tubig (kahit na sa mga term na totoong mundo, ang parehong mga sangkap ay may parehong dami), kaya't ang presyon ng singaw ay bahagyang babawasan.

Paraan 3 ng 3: Paghanap ng Presyon ng Vapor sa Mga Espesyal na Kaso

Hakbang 1. Mag-ingat sa mga kondisyon ng Karaniwang Temperatura at Presyon

Ang mga siyentipiko ay madalas na gumagamit ng isang hanay ng mga halaga ng temperatura at presyon bilang isang madaling gamiting "pamantayan." Ang mga halagang ito ay tinatawag na Standard Temperature and Pressure (o STP). Ang mga problema sa presyon ng singaw ay madalas na tumutukoy sa mga kundisyon ng STP, kaya mahalagang alalahanin ang mga halagang ito. Ang mga halaga ng STP ay tinukoy bilang:

• Temperatura: 273, 15 K / 0 C / 32 F
• Presyon: 760 mm Hg / 1 atm / 101, 325 kilopascals

Hakbang 2. Muling ayusin ang equation ng Clausius-Clapeyron upang hanapin ang iba pang mga variable

Sa aming halimbawa sa Bahagi 1, nakita namin na ang equation ng Clausius – Clapeyron ay lubhang kapaki-pakinabang para sa paghahanap ng presyon ng singaw para sa mga purong sangkap. Gayunpaman, hindi lahat ng mga katanungan ay hihilingin sa iyo na maghanap ng P1 o P2 - maraming hihilingin sa iyo na hanapin ang halaga ng temperatura o kung minsan kahit na ang H halaga._singaw. Sa kabutihang palad, sa mga kasong ito, ang pagkuha ng tamang sagot ay isang bagay lamang sa pag-aayos ng equation upang ang mga variable na nais mong malutas ay magkahiwalay sa isang gilid ng katumbas na pag-sign.

• Halimbawa, sabihin na mayroon kaming isang hindi kilalang likido na may presyon ng singaw na 25 torr sa 273 K at 150 torr sa 325 K, at nais naming hanapin ang entalpy ng vaporization ng likidong ito (ΔH_singaw). Maaari naming malutas ito tulad nito:
• ln (P1 / P2) = (ΔH_singaw/ R) ((1 / T2) - (1 / T1))
• (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = (ΔH_singaw/ R)
• R × (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = H_singaw Ngayon, ipinasok namin ang aming mga halaga:
• 8, 314 J / (K × Mol) × (-1, 79) / (- 0, 00059) = H_singaw
• 8, 314 J / (K × Mol) × 3,033, 90 = H_singaw = 25,223, 83 J / mol

Hakbang 3. Kalkulahin ang presyon ng singaw ng natutunaw kapag ang sangkap ay gumagawa ng singaw

Sa aming halimbawa ng Raoult Law sa itaas, ang aming solute, asukal, ay hindi nagdadala ng anumang presyon sa sarili nitong normal na temperatura (isipin - kailan mo huling nakita ang isang mangkok ng asukal na sumingaw sa iyong itaas na aparador?) Gayunpaman, nang ang iyong solute ay sumingaw, makakaapekto ito sa iyong presyon ng singaw. Kinuwenta namin ito sa pamamagitan ng paggamit ng isang nabagong bersyon ng pagtutumbas ng Batas ng Raoult: P_solusyon = (P_tambalanX_tambalan) Ang simbolo ng sigma (Σ) ay nangangahulugang kailangan lamang nating idagdag ang lahat ng mga presyon ng singaw ng iba't ibang mga compound upang makuha ang aming sagot.

• Halimbawa, sabihin na mayroon kaming solusyon na gawa sa dalawang kemikal: benzene at toluene. Ang kabuuang dami ng solusyon ay 12 mililitro (mL); 60 ML benzene at 60 ML toluene. Ang temperatura ng solusyon ay 25 ° C at ang mga presyon ng singaw ng bawat isa sa mga kemikal na ito na 25 ° C ay 95.1 mm Hg para sa benzene at 28.4 mm Hg para sa toluene. Sa mga halagang ito, hanapin ang presyon ng singaw ng solusyon. Maaari nating gawin ito tulad ng sumusunod, gamit ang pamantayan ng density, molar mass, at mga halaga ng presyon ng singaw para sa aming dalawang kemikal:
• Masa (benzene): 60 mL = 0.060 L & beses 876.50 kg / 1,000 L = 0.053 kg = 53 g
• Mass (toluene): 0.060 L & beses 866, 90 kg / 1,000 L = 0.052 kg = 52 g
• Mol (benzene): 53 g × 1 mol / 78, 11 g = 0.679 mol
• Moles (toluene): 52 g × 1 mol / 92, 14 g = 0.564 mol
• Kabuuang mga moles: 0.679 + 0.564 = 1.243
• Mole maliit na bahagi (benzene): 0.679 / 1, 243 = 0.546
• Mole maliit na bahagi (toluene): 0.564 / 1, 243 = 0.454
• Solusyon: P_solusyon = P_benzeneX_benzene + P_tolueneX_toluene
• P_solusyon = (95.1 mm Hg) (0, 546) + (28.4 mm Hg) (0, 454)
• P_solusyon = 51.92 mm Hg + 12.89 mm Hg = 64, 81 mm Hg

Mga Tip

• Upang magamit ang equation ng Clausius Clapeyron sa itaas, dapat sukatin ang temperatura sa Kelvin (nakasulat bilang K). Kung mayroon kang temperatura sa Celsius, dapat mo itong i-convert gamit ang sumusunod na pormula: T_k = 273 + T_c
• Ang mga pamamaraan sa itaas ay maaaring gamitin sapagkat ang enerhiya ay eksaktong proporsyonal sa dami ng inilapat na init. Ang temperatura ng likido ay ang tanging kadahilanan sa kapaligiran na nakakaapekto sa presyon ng singaw.