Съдържание

• Стъпки
• Метод 1 от 3: Използване на уравнението на Клапейрон-Клаузиус
• Метод 2 от 3: Изчисляване на парното налягане в разтвори
• Метод 3 от 3: Изчисляване на налягането на парата в специални случаи
• Съвети

Оставяли ли сте някога бутилка вода за няколко часа под парещото слънце и сте чували „съскащ“ звук, когато я отворите? Този звук се причинява от налягането на парата. В химията налягането на парите е налягането, упражнявано от парите на течност, която се изпарява в херметически затворен съд. За да намерите налягането на парите при дадена температура, използвайте уравнението на Clapeyron-Clausius: ln (P1 / P2) = (ΔH_вап/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Стъпки

Метод 1 от 3: Използване на уравнението на Клапейрон-Клаузиус

1. 1 Запишете уравнението на Clapeyron-Clausius, което се използва за изчисляване на налягането на парите при промяната му с течение на времето. Тази формула може да се използва за повечето физически и химични проблеми. Уравнението изглежда така: ln (P1 / P2) = (ΔH_вап/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)), където:
   • ΔH_вап Енталпията на изпаряване на течността. Обикновено може да се намери в таблица в учебниците по химия.
   • R - газова константа, равна на 8.314 J / (K × mol)
   • T1 е началната температура (при която е известно налягането на парите).
   • T2 е крайната температура (при която налягането на парите е неизвестно).
   • P1 и P2 - налягане на парата при температури T1 и T2, съответно.
2. 2 Заменете стойностите на дадените ви количества в уравнението на Clapeyron-Clausius. Повечето проблеми дават две температурни стойности и стойност на налягане, или две стойности на налягане и температурна стойност.
   • Например, съд съдържа течност при температура 295 K и налягането на парите му е 1 атмосфера (1 atm). Намерете налягането на парите при 393 К. Тук получавате две температури и налягане, така че можете да намерите различно налягане, използвайки уравнението на Клапейрон-Клаузиус. Замествайки стойностите, дадени ви във формулата, получавате: ln (1 / P2) = (ΔH_вап/R) ((1/393) - (1/295)).
   • Моля, обърнете внимание, че в уравнението на Clapeyron-Clausius температурата винаги се измерва в келвин, а налягането във всяка мерна единица (но те трябва да са еднакви за P1 и P2).
3. 3 Заменете константи. Уравнението на Клапейрон-Клаузиус съдържа две константи: R и ΔH_вап... R винаги е 8.314 J / (K × mol). ΔH стойност_вап (енталпия на изпаряване) зависи от веществото, чието парно налягане се опитвате да намерите; тази константа обикновено може да се намери в таблица в учебниците по химия или на уебсайтове (например тук).
   • В нашия пример, нека кажем, че в съда има вода. ΔH_вап вода е равна на 40,65 kJ / mol или равна на 40650 J / mol.
   • Включете константите във формулата и получете: ln (1/P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 Решете уравнението с помощта на алгебрични операции.
   • В нашия пример неизвестната променлива е под знака на естествения логаритъм (ln). За да се отървете от естествения логаритъм, преобразувайте двете страни на уравнението в степента на математическата константа "e". С други думи, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Сега решете уравнението:
   • 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 атм. Това има смисъл, тъй като повишаването на температурата в херметически затворен съд със 100 градуса ще увеличи изпарението, което значително ще увеличи налягането на парите.

Метод 2 от 3: Изчисляване на парното налягане в разтвори

1. 1 Запишете закона на Раулт. В реалния живот чистите течности са рядкост; често се занимаваме с решения. Разтворът се получава чрез добавяне на малко количество от определен химикал, наречен "разтворено вещество", към по -голямо количество от друг химикал, наречен "разтворител". В случай на решения, използвайте закона на Раулт:P_{решение} = П_{разтворител}х_{разтворител}, където:
   • P_{решение} Налягането на парите на разтвора.
   • P_{разтворител} Налягането на парите на разтворителя.
   • х_{разтворител} - молната част на разтворителя.
   • Ако не знаете какво е молна фракция, прочетете нататък.
2. 2 Определете кое вещество ще бъде разтворителят и кое ще бъде разтвореното вещество. Припомнете си, че разтвореното вещество е вещество, което се разтваря в разтворител, а разтворителят е вещество, което разтваря разтворено вещество.
   • Помислете за пример за сироп. За да се получи сироп, една част захар се разтваря в една част вода, така че захарта е разтворено вещество, а водата е разтворител.
   • Обърнете внимание, че химичната формула на захарозата (обикновена захар) е C₁₂З₂₂О₁₁... Ще ни трябва в бъдеще.
3. 3 Намерете температурата на разтвора, тъй като това ще повлияе на налягането на парите му. Колкото по -висока е температурата, толкова по -високо е налягането на парите, тъй като изпарението се увеличава с повишаване на температурата.
   • В нашия пример, да кажем, че температурата на сиропа е 298 K (около 25 ° C).
4. 4 Намерете парното налягане на разтворителя. Стойностите на налягането на парите за много често срещани химикали са дадени в наръчниците по химия, но те обикновено се дават при температури от 25 ° C / 298 K или при техните точки на кипене. Ако в проблема ви се дават такива температури, използвайте стойностите от справочниците; в противен случай трябва да изчислите налягането на парите при дадена температура на веществото.
   • За да направите това, използвайте уравнението на Clapeyron-Clausius, замествайки съответно налягането на парата и температурата от 298 K (25 ° C) вместо P1 и T1, съответно.
   • В нашия пример температурата на разтвора е 25 ° C, затова използвайте стойността от справочните таблици - налягането на парите на водата при 25 ° C е 23.8 mmHg.
5. 5 Намерете молната част на разтворителя. За да направите това, намерете съотношението на броя молове на веществото към общия брой молове на всички вещества в разтвора. С други думи, молната част на всяко вещество е (брой молове на веществото) / (общият брой молове на всички вещества).
   • Да приемем, че сте използвали 1 литър вода и 1 литър захароза (захар) за приготвяне на сироп. В този случай е необходимо да се намери броят молове на всяко вещество. За да направите това, трябва да намерите масата на всяко вещество и след това да използвате моларните маси на тези вещества, за да получите бенки.
   • Тегло на 1 литър вода = 1000 g
   • Тегло на 1 литър захар = 1056.7 g
   • Мол (вода): 1000 g × 1 mol / 18,015 g = 55,51 mol
   • Мол (захароза): 1056.7 g × 1 mol / 342.2965 g = 3.08 mol (имайте предвид, че можете да намерите моларната маса на захарозата от нейната химическа формула C₁₂З₂₂О₁₁).
   • Общ брой молове: 55.51 + 3.08 = 58.59 mol
   • Молната част на водата: 55,51 / 58,59 = 0,947.
6. 6 Сега включете данните и намерените стойности на количествата в уравнението на Раулт, дадено в началото на този раздел (P_{решение} = П_{разтворител}х_{разтворител}).
   • В нашия пример:
   • P_{решение} = (23,8 mmHg) (0,947)
   • P_{решение} = 22,54 mmHg Изкуство. Това има смисъл, тъй като малко количество захар се разтваря в голямо количество вода (ако се измерва в молове; количеството им е същото в литри), така че налягането на парите ще намалее леко.

Метод 3 от 3: Изчисляване на налягането на парата в специални случаи

1. 1 Определяне на стандартни условия. Често в химията стойностите на температурата и налягането се използват като нещо като "стандартна" стойност. Тези стойности се наричат ​​стандартна температура и налягане (или стандартни условия). При проблеми с налягането на парата често се споменават стандартни условия, така че е по -добре да запомните стандартните стойности:
   • Температура: 273.15 K / 0˚C / 32 F
   • Налягане: 760 mmHg / 1 atm / 101.325 kPa
2. 2 Препишете уравнението на Клапейрон-Клаузиус, за да намерите други променливи. Първият раздел на тази статия показа как да се изчисли налягането на парите на чисти вещества. Не всички проблеми обаче изискват намиране на налягането P1 или P2; при много проблеми е необходимо да се изчисли температурата или стойността на ΔH_вап... В такива случаи препишете уравнението на Клапейрон-Клаузиус, като изолирате неизвестното от едната страна на уравнението.
   • Например, като се има предвид непозната течност, чието парно налягане е 25 Torr при 273 K и 150 Torr при 325 K. Необходимо е да се намери енталпията на изпаряване на тази течност (т.е. ΔH_вап). Решението на този проблем:
   • ln (P1 / P2) = (ΔH_вап/ R) ((1 / T2) - (1 / T1))
   • (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = (ΔH_вап/ R)
   • R × (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = ΔH_вап Сега заместете дадените стойности вместо вас:
   • 8,314 J / (K × mol) × (-1,79) / (- 0,00059) = ΔH_вап
   • 8.314 J / (K × mol) × 3033.90 = ΔH_вап = 25223.83 J / mol
3. 3 Помислете за парното налягане на пермеата. В нашия пример от втория раздел на тази статия разтвореното вещество - захар - не се изпарява, но ако разтвореното вещество произвежда пара (изпарява се), трябва да се вземе предвид налягането на парите. За да направите това, използвайте модифицирана форма на уравнението на Раулт: P_{решение} = Σ (P_{вещество}х_{вещество}), където символът Σ (сигма) означава, че е необходимо да се добавят стойностите на парните налягания на всички вещества, които съставляват разтвора.
   • Например, помислете за разтвор, направен от два химикала: бензен и толуен. Общият обем на разтвора е 120 милилитра (ml); 60 ml бензен и 60 ml толуен.Температурата на разтвора е 25 ° C, а налягането на парите при 25 ° C е 95,1 mm Hg. за бензол и 28,4 mm Hg. за толуен. Необходимо е да се изчисли налягането на парите на разтвора. Можем да направим това, като използваме плътностите на веществата, тяхното молекулно тегло и стойностите на налягането на парите:
   • Тегло (бензен): 60 ml = 0,06 l × 876,50 kg / 1000 l = 0,053 kg = 53 g
   • Маса (толуен): 0,06 L × 866,90 kg / 1000 L = 0,052 kg = 52 g
   • Мол (бензен): 53 g × 1 mol / 78,11 g = 0,679 mol
   • Мол (толуен): 52 g × 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol
   • Общ брой бенки: 0.679 + 0.564 = 1.243
   • Молна фракция (бензен): 0.679 / 1.243 = 0.546
   • Молна фракция (толуен): 0.564 / 1.243 = 0.454
   • Решение: P_{решение} = П_бензолх_бензол + P_толуенх_толуен
   • P_{решение} = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • P_{решение} = 51,92 mm Hg. Изкуство. + 12,89 mm Hg. Изкуство. = 64,81 mmHg Изкуство.

Съвети

• За да се използва уравнението на Clapeyron Clausius, температурата трябва да бъде посочена в градуси по Келвин (означена с K). Ако температурата ви е дадена в Целзий, трябва да я преобразувате, като използвате следната формула: T_к = 273 + Т_{° С}
• Горният метод работи, тъй като енергията е правопропорционална на количеството топлина. Температурата на течността е единственият фактор на околната среда, който влияе върху налягането на парите.