Sadržaj

• Koraci
• Metoda 1 od 3: Korištenje Clapeyron-Clausiusove jednadžbe
• Metoda 2 od 3: Proračun tlaka pare u otopinama
• Metoda 3 od 3: Izračun tlaka pare u posebnim slučajevima
• Savjeti

Jeste li ikada ostavili bocu vode nekoliko sati pod užarenim suncem i čuli zvuk "siktanja" kada je otvorite? Ovaj zvuk nastaje zbog pritiska pare. U kemiji je tlak pare tlak pare tekućine koja isparava u hermetički zatvorenoj posudi. Da biste pronašli tlak pare na određenoj temperaturi, upotrijebite Clapeyron-Clausiusovu jednadžbu: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Koraci

Metoda 1 od 3: Korištenje Clapeyron-Clausiusove jednadžbe

1. 1 Zapišite Clapeyron-Clausiusovu jednadžbu koja se koristi za izračun tlaka pare kako se mijenja tijekom vremena. Ova se formula može koristiti za većinu fizičkih i kemijskih problema. Jednadžba izgleda ovako: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)), gdje:
   • ΔH_vap Je li entalpija isparavanja tekućine. Obično se može pronaći u tablici u udžbenicima kemije.
   • R - konstanta plina 8.314 J / (K × mol)
   • T1 je početna temperatura (pri kojoj je poznat tlak pare).
   • T2 je konačna temperatura (pri kojoj tlak pare nije poznat).
   • P1 i P2 - tlak pare na temperaturama T1, odnosno T2.
2. 2 Zamijenite vrijednosti danih količina u Clapeyron-Clausiusovu jednadžbu. Većina problema daje dvije vrijednosti temperature i vrijednost tlaka, ili dvije vrijednosti tlaka i temperaturnu vrijednost.
   • Na primjer, posuda sadrži tekućinu pri temperaturi od 295 K, a tlak pare joj je 1 atmosfera (1 atm). Nađite tlak pare na 393 K. Ovdje vam se daju dvije temperature i tlak, pa pomoću Clapeyron-Clausiusove jednadžbe možete pronaći različit tlak. Zamjenom vrijednosti danih u formuli, dobivate: ln (1 / P2) = (ΔH_vap/R) ((1/393) - (1/295)).
   • Imajte na umu da se u Clapeyron-Clausiusovoj jednadžbi temperatura uvijek mjeri u kelvinima, a tlak u bilo kojoj mjernoj jedinici (ali moraju biti isti za P1 i P2).
3. 3 Zamijenite konstante. Clapeyron-Clausiusova jednadžba sadrži dvije konstante: R i ΔH_vap... R je uvijek 8,314 J / (K × mol). ΔH vrijednost_vap (entalpija isparavanja) ovisi o tvari čiji tlak pare pokušavate pronaći; ta se konstanta obično može pronaći u tablici u udžbenicima kemije ili na web stranicama (na primjer, ovdje).
   • U našem primjeru recimo da u posudi ima vode. ΔH_vap voda jednaka 40,65 kJ / mol ili jednaka 40650 J / mol.
   • Uključite konstante u formulu i dobijte: ln (1/P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 Riješite jednadžbu pomoću algebarskih operacija.
   • U našem primjeru nepoznata varijabla je pod znakom prirodnog logaritma (ln). Da biste se riješili prirodnog logaritma, pretvorite obje strane jednadžbe u snagu matematičke konstante "e". Drugim riječima, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Sada riješite jednadžbu:
   • 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 To ima smisla, jer će povećanje temperature u hermetički zatvorenoj posudi za 100 stupnjeva povećati isparavanje, što će značajno povećati tlak pare.

Metoda 2 od 3: Proračun tlaka pare u otopinama

1. 1 Zapišite Raoultov zakon. U stvarnom životu čiste tekućine su rijetke; često se bavimo rješenjima. Otopina se stvara dodavanjem male količine određene kemikalije koja se naziva "otopljena tvar" u veću količinu druge kemikalije koja se naziva "otapalo". U slučaju rješenja, upotrijebite Raoultov zakon:Str_riješenje = P_otapalox_otapalo, gdje:
   • Str_riješenje Je li tlak pare otopine.
   • Str_otapalo Je li tlak pare otapala.
   • x_otapalo - molski udio otapala.
   • Ako ne znate što je to molarni udio, čitajte dalje.
2. 2 Odredite koja tvar će biti otapalo, a koja otopljena tvar. Podsjetimo da je otopljena tvar tvar koja se otapa u otapalu, a otapalo je tvar koja otapa otopljenu tvar.
   • Razmotrimo primjer sirupa. Za dobivanje sirupa jedan dio šećera se otopi u jednom dijelu vode, pa je šećer otopljena tvar, a voda otapalo.
   • Imajte na umu da je kemijska formula za saharozu (obični šećer) C₁₂H₂₂O₁₁... Trebat će nam u budućnosti.
3. 3 Odredite temperaturu otopine jer će utjecati na njezin tlak pare. Što je temperatura viša, pritisak pare je veći jer se isparavanje povećava s porastom temperature.
   • U našem primjeru, recimo da je temperatura sirupa 298 K (oko 25 ° C).
4. 4 Odredite tlak pare otapala. Vrijednosti tlaka pare za mnoge uobičajene kemikalije date su u kemijskim priručnicima, ali se one obično daju na temperaturama od 25 ° C / 298 K ili na njihovim vrelištima. Ako su vam u problemu date takve temperature, upotrijebite vrijednosti iz priručnika; u protivnom morate izračunati tlak pare pri određenoj temperaturi tvari.
   • Da biste to učinili, upotrijebite Clapeyron-Clausiusovu jednadžbu zamjenjujući tlak pare i temperaturu od 298 K (25 ° C) umjesto P1 i T1.
   • U našem primjeru temperatura otopine je 25 ° C, pa upotrijebite vrijednost iz referentnih tablica - tlak pare vode pri 25 ° C iznosi 23,8 mmHg.
5. 5 Nađi molski udio otapala. Da biste to učinili, pronađite omjer broja molova tvari prema ukupnom broju molova svih tvari u otopini. Drugim riječima, molski udio svake tvari je (broj molova tvari) / (ukupan broj molova svih tvari).
   • Recimo da ste za izradu sirupa koristili 1 litru vode i 1 litru saharoze (šećera). U tom slučaju potrebno je pronaći broj molova svake tvari. Da biste to učinili, morate pronaći masu svake tvari, a zatim upotrijebiti molarnu masu tih tvari da biste dobili madeže.
   • Težina 1 litre vode = 1000 g
   • Težina 1 litre šećera = 1056,7 g
   • Moli (voda): 1000 g × 1 mol / 18,015 g = 55,51 mol
   • Moli (saharoza): 1056,7 g × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 mola (imajte na umu da molarnu masu saharoze možete pronaći iz njezine kemijske formule C₁₂H₂₂O₁₁).
   • Ukupan broj molova: 55,51 + 3,08 = 58,59 mol
   • Molarni udio vode: 55,51 / 58,59 = 0,947.
6. 6 Sada uključite podatke i pronađene vrijednosti količina u Raoultovu jednadžbu navedenu na početku ovog odjeljka (Str_riješenje = P_otapalox_otapalo).
   • U našem primjeru:
   • Str_riješenje = (23,8 mmHg) (0,947)
   • Str_riješenje = 22,54 mmHg Umjetnost. To ima smisla, budući da se mala količina šećera otopi u velikoj količini vode (ako se mjeri u molovima; njihova količina je ista u litrama), pa će se tlak pare malo smanjiti.

Metoda 3 od 3: Izračun tlaka pare u posebnim slučajevima

1. 1 Definicija standardnih uvjeta. Često se u kemiji vrijednosti temperature i tlaka koriste kao neka vrsta "zadane" vrijednosti. Te se vrijednosti nazivaju standardna temperatura i tlak (ili standardni uvjeti). Kod problema s tlakom pare često se spominju standardni uvjeti, pa je bolje zapamtiti standardne vrijednosti:
   • Temperatura: 273,15 K / 0˚C / 32 F
   • Tlak: 760 mmHg / 1 atm / 101.325 kPa
2. 2 Prepišite Clapeyron-Clausiusovu jednadžbu kako biste pronašli druge varijable. Prvi dio ovog članka pokazao je kako izračunati tlak pare čistih tvari. Međutim, ne moraju svi problemi pronaći pritisak P1 ili P2; u mnogim je problemima potrebno izračunati temperaturu ili vrijednost ΔH_vap... U takvim slučajevima prepišite Clapeyron-Clausiusovu jednadžbu izolirajući nepoznato s jedne strane jednadžbe.
   • Na primjer, s obzirom na nepoznatu tekućinu čiji je tlak pare 25 Torr pri 273 K i 150 Torr pri 325 K. Potrebno je pronaći entalpiju isparavanja te tekućine (to jest ΔH_vap). Rješenje ovog problema:
   • ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1))
   • (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = (ΔH_vap/ R)
   • R × (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = ΔH_vap Sada zamijenite zadane vrijednosti umjesto vas:
   • 8,314 J / (K × mol) × (-1,79) / (- 0,00059) = ΔH_vap
   • 8,314 J / (K × mol) × 3033,90 = ΔH_vap = 25223,83 J / mol
3. 3 Uzmite u obzir pritisak pare permeata. U našem primjeru iz drugog odjeljka ovog članka, otopljena tvar - šećer - ne isparava, ali ako otopljena tvar stvara paru (isparava), treba uzeti u obzir tlak pare. Da biste to učinili, upotrijebite izmijenjeni oblik Raoultove jednadžbe: P_riješenje = Σ (str_tvarx_tvar), pri čemu simbol Σ (sigma) znači da je potrebno dodati vrijednosti tlakova pare svih tvari koje čine otopinu.
   • Na primjer, razmislite o otopini napravljenoj od dvije kemikalije: benzena i toluena. Ukupni volumen otopine je 120 mililitara (ml); 60 ml benzena i 60 ml toluena.Temperatura otopine je 25 ° C, a tlak pare pri 25 ° C 95,1 mm Hg. za benzen i 28,4 mm Hg. za toluen. Potrebno je izračunati tlak pare otopine. To možemo učiniti pomoću gustoće tvari, njihove molekularne težine i vrijednosti tlaka pare:
   • Težina (benzen): 60 ml = 0,06 l × 876,50 kg / 1000 l = 0,053 kg = 53 g
   • Masa (toluen): 0,06 L × 866,90 kg / 1000 L = 0,052 kg = 52 g
   • Moli (benzen): 53 g × 1 mol / 78,11 g = 0,679 mol
   • Moli (toluen): 52 g × 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol
   • Ukupan broj madeža: 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Molski udio (benzen): 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Molarni udio (toluen): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Rješenje: P_riješenje = P_benzenx_benzen + P_toluenx_toluen
   • Str_riješenje = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • Str_riješenje = 51,92 mm Hg. Umjetnost. + 12,89 mm Hg. Umjetnost. = 64,81 mmHg Umjetnost.

Savjeti

• Da bi se koristila Clapeyron Clausiusova jednadžba, temperatura mora biti navedena u stupnjevima Kelvina (označena s K). Ako je vaša temperatura dana u Celzijusima, morate je pretvoriti prema sljedećoj formuli: T_k = 273 + T._c
• Gornja metoda funkcionira jer je energija izravno proporcionalna količini topline. Temperatura tekućine jedini je faktor okoliša koji utječe na tlak pare.