תוֹכֶן

• צעדים
• שיטה 1 מתוך 3: שימוש במשוואת קלפיירון-קלאוסיוס
• שיטה 2 מתוך 3: חישוב לחץ אדי בתמיסות
• שיטה 3 מתוך 3: חישוב לחץ קיטור במקרים מיוחדים
• טיפים

האם השארת פעם בקבוק מים למספר שעות תחת השמש הקופחת ושמעת צליל "שורק" כשאתה פותח אותו? צליל זה נובע מלחץ קיטור. בכימיה, לחץ אדים הוא הלחץ המופעל על ידי אדי נוזל המתאדה בכלי אטום הרמטית. כדי למצוא את לחץ האדים בטמפרטורה נתונה, השתמש במשוואת קלפיירון-קלאוסיוס: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

צעדים

שיטה 1 מתוך 3: שימוש במשוואת קלפיירון-קלאוסיוס

1. 1 רשום את משוואת קלפיירון-קלאוסיוס המשמשת לחישוב לחץ אדים כשהיא משתנה עם הזמן. נוסחה זו יכולה לשמש לרוב הבעיות הפיסיקליות והכימיות. המשוואה נראית כך: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)), איפה:
   • ΔH_vap האם היא אנתלפיה של אידוי הנוזל. בדרך כלל ניתן למצוא אותו בטבלה בספרי לימוד לכימיה.
   • R - קבוע גז שווה ל- 8.314 J / (K × mol)
   • T1 היא הטמפרטורה ההתחלתית (בה ידוע לחץ האדים).
   • T2 היא הטמפרטורה הסופית (שבה לא ידוע לחץ האדים).
   • P1 ו- P2 - לחץ אדים בטמפרטורות T1 ו- T2, בהתאמה.
2. 2 החלף את ערכי הכמויות שניתנו לך למשוואת קלפיירון-קלאוסיוס. רוב הבעיות נותנות שני ערכי טמפרטורה וערך לחץ, או שני ערכי לחץ וערך טמפרטורה.
   • לדוגמה, כלי מכיל נוזל בטמפרטורה של 295 K, ולחץ האדים שלו הוא אטמוספירה אחת (אטום אחד). מצא את לחץ האדים ב- 393 K. כאן ניתן לך שתי טמפרטורות ולחץ, כך שתוכל למצוא לחץ אחר באמצעות משוואת קלפיירון-קלאוסיוס. החלפת הערכים שניתנו לך בנוסחה תקבל: ln (1 / P2) = (ΔH_vap/R) ((1/393) - (1/295)).
   • שים לב שבמשוואת קלפיירון-קלאוסיוס, הטמפרטורה נמדדת תמיד בקלווין והלחץ בכל יחידת מידה (אך הם חייבים להיות זהים עבור P1 ו- P2).
3. 3 החלף את הקבועים. משוואת קלפיירון-קלאוסיוס מכילה שני קבועים: R ו- ΔH_vap... R הוא תמיד 8.314 J / (K × mol). ערך ΔH_vap (אנתלפיה של אידוי) תלוי בחומר, שלחץ האדים שאתה מנסה למצוא; את הקבוע הזה ניתן למצוא בדרך כלל בטבלה בספרי לימוד בכימיה או באתרי אינטרנט (למשל כאן).
   • בדוגמה שלנו, נניח שיש מים בכלי. ΔH_vap מים שווים ל 40.65 קג"ש / מול או שווים ל 40650 ג'יי / מול.
   • חבר את הקבועים לנוסחה וקבל: ln (1/P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 פתור את המשוואה באמצעות פעולות אלגבריות.
   • בדוגמה שלנו, המשתנה הלא ידוע נמצא בסימן הלוגריתם הטבעי (ln). כדי להיפטר מהלוגריתם הטבעי, המר את שני צידי המשוואה לכוחו של הקבוע המתמטי "e". במילים אחרות, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • עכשיו תפתור את המשוואה:
   • ln (1 / P2) = (40650 / 8.314) ((1/393) - (1/295))
   • ln (1 / P2) = (4889.34) (- 0.00084)
   • (1 / P2) = ה
   • 1 / P2 = 0.0165
   • P2 = 0.0165 = 60.76 אטם. זה הגיוני, שכן העלאת הטמפרטורה בכלי אטום הרמטית ב -100 מעלות תגביר את האידוי, מה שיגדיל משמעותית את לחץ האדים.

שיטה 2 מתוך 3: חישוב לחץ אדי בתמיסות

1. 1 כתוב את חוק ראולט. במציאות, נוזלים טהורים הם נדירים; לעתים קרובות אנו מתמודדים עם פתרונות. פתרון נוצר על ידי הוספת כמות קטנה של כימיקל מסוים הנקרא "מומס" לכמות גדולה יותר של כימיקל אחר הנקרא "ממס". במקרה של פתרונות, השתמש בחוק ראולט:פ_{פִּתָרוֹן} = פ_מֵמֵסאיקס_מֵמֵס, איפה:
   • פ_{פִּתָרוֹן} האם לחץ האדים של הפתרון.
   • פ_מֵמֵס האם לחץ האדים של הממס.
   • איקס_מֵמֵס - חלק השומה של הממס.
   • אם אינך יודע מהו שומה של שומה, המשך לקרוא.
2. 2 קבע איזה חומר יהיה הממס ואיזה יהיה המומס. נזכיר שמומס הוא חומר המתמוסס בממס, וממס הוא חומר הממיס ממיס.
   • קחו דוגמא לסירופ. כדי להשיג סירופ, חלק אחד של הסוכר מומס בחלק אחד של המים, ולכן הסוכר הוא ממס ומים הם ממס.
   • שים לב שהנוסחה הכימית לסוכרוז (סוכר נפוץ) היא C₁₂ח₂₂או₁₁... נזדקק לזה בעתיד.
3. 3 מצא את טמפרטורת הפתרון, מכיוון שהוא ישפיע על לחץ האדים שלו. ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, לחץ האדים גבוה יותר, מכיוון שהאידוי עולה עם הטמפרטורה הגוברת.
   • בדוגמה שלנו, נניח שטמפרטורת הסירופ היא 298 K (כ -25 ° C).
4. 4 מצא את לחץ האדים של הממס. ערכי לחץ אדים עבור כימיקלים נפוצים רבים ניתנים בספרי כימיה, אך בדרך כלל אלה ניתנים בטמפרטורות של 25 ° C / 298 K או בנקודות הרתיחה שלהם. אם בבעיה נותנים לך טמפרטורות כאלה, השתמש בערכים מספרי העיון; אחרת, עליך לחשב את לחץ האדים בטמפרטורה נתונה של החומר.
   • לשם כך, השתמש במשוואת קלפיירון-קלאוסיוס, והחלף את לחץ האדים והטמפרטורה של 298 K (25 ° C) במקום P1 ו- T1, בהתאמה.
   • בדוגמה שלנו, הטמפרטורה של הפתרון היא 25 ° C, אז השתמש בערך מטבלאות הייחוס - לחץ האדים של המים ב 25 ° C הוא 23.8 mmHg.
5. 5 מצא את חלק השומה של הממס. לשם כך, מצא את היחס בין מספר השומות של חומר למספר השומות הכולל של כל החומרים בתמיסה. במילים אחרות, חלק השומה של כל חומר הוא (מספר השומות של החומר) / (מספר השומות הכולל של כל החומרים).
   • נניח שהכנת 1 ליטר מים וליטר סוכרוז אחד (סוכר) להכנת סירופ. במקרה זה, יש צורך למצוא את מספר השומות של כל חומר. לשם כך, עליך למצוא את המסה של כל חומר, ולאחר מכן להשתמש בהמוניות הטוחנות של חומרים אלה כדי לקבל שומות.
   • משקל של 1 ליטר מים = 1000 גרם
   • משקל של 1 ליטר סוכר = 1056.7 גרם
   • שומה (מים): 1000 גרם × 1 מול / 18.015 גרם = 55.51 מול
   • שומה (סוכרוז): 1056.7 גרם × 1 מול / 342.2965 גרם = 3.08 מול (שים לב שניתן למצוא את המסה הטוחנת של סוכרוז מהנוסחה הכימית שלה C₁₂ח₂₂או₁₁).
   • סך כל השומות: 55.51 + 3.08 = 58.59 מול
   • חלק שומה של מים: 55.51 / 58.59 = 0.947.
6. 6 כעת חבר את הנתונים והערכים שנמצאו בכמויות למשוואת ראולט שניתנה בתחילת סעיף זה (פ_{פִּתָרוֹן} = פ_מֵמֵסאיקס_מֵמֵס).
   • בדוגמה שלנו:
   • פ_{פִּתָרוֹן} = (23.8 מ"מ כספית) (0.947)
   • פ_{פִּתָרוֹן} = 22.54 מ"מ כספית אומנות. זה הגיוני, מכיוון שכמות קטנה של סוכר מומסת בכמות גדולה של מים (אם היא נמדדת בשומות; כמותן זהה בליטרים), כך שלחץ האדים יקטן מעט.

שיטה 3 מתוך 3: חישוב לחץ קיטור במקרים מיוחדים

1. 1 הגדרת תנאים סטנדרטיים. לעתים קרובות בכימיה, ערכי הטמפרטורה והלחץ משמשים כמעין ערך "ברירת מחדל". ערכים אלה נקראים טמפרטורה ולחץ סטנדרטיים (או תנאים סטנדרטיים). בבעיות לחץ אדים מוזכרים לעתים קרובות תנאים סטנדרטיים, ולכן עדיף לזכור את הערכים הסטנדרטיים:
   • טמפרטורה: 273.15 K / 0˚C / 32 F
   • לחץ: 760 mmHg / 1 atm / 101.325 kPa
2. 2 כתוב מחדש את משוואת קלפיירון-קלאוסיוס כדי למצוא משתנים אחרים. החלק הראשון של מאמר זה הראה כיצד לחשב את לחצי האדים של חומרים טהורים. עם זאת, לא כל הבעיות דורשות מציאת הלחץ P1 או P2; בבעיות רבות יש צורך לחשב את הטמפרטורה או את הערך של ΔH_vap... במקרים כאלה, שכתב את משוואת קלפיירון-קלאוסיוס על ידי בידוד הלא נודע בצד אחד של המשוואה.
   • לדוגמה, בהתחשב בנוזל לא ידוע, שלחץ האדים שלו הוא 25 Torr ב 273 K ו- 150 Torr ב- 325 K. יש צורך למצוא את אנתלפיה של אידוי הנוזל הזה (כלומר ΔH_vap). הפתרון לבעיה זו:
   • 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 כעת החלף עבורך את הערכים הנתונים:
   • 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 שקול את לחץ האדים של המחלחל. בדוגמה שלנו מהסעיף השני של מאמר זה, המומס - הסוכר - אינו מתאדה, אך אם המומס מייצר קיטור (מתאדה), יש לקחת בחשבון את לחץ האדים. לשם כך, השתמש בצורה שונה של המשוואה של ראולט: P_{פִּתָרוֹן} = Σ (עמ '_חומראיקס_חומר), כאשר הסמל Σ (סיגמא) פירושו שיש צורך להוסיף את ערכי לחצי האדים של כל החומרים המרכיבים את הפתרון.
   • לדוגמה, שקול פתרון העשוי משני כימיקלים: בנזן וטולואן. הנפח הכולל של הפתרון הוא 120 מיליליטר (מיליליטר); 60 מ"ל של בנזן ו -60 מ"ל של טולואן.טמפרטורת הפתרון היא 25 ° C, ולחץ האדים ב 25 ° C הוא 95.1 מ"מ כספית. לבנזן ו -28.4 מ"מ כספית. עבור טולואן. יש צורך לחשב את לחץ האדים של הפתרון. אנו יכולים לעשות זאת באמצעות צפיפות החומרים, המשקל המולקולרי שלהם וערכי לחץ האדים:
   • משקל (בנזן): 60 מ"ל = 0.06 ליטר × 876.50 ק"ג / 1000 ליטר = 0.053 ק"ג = 53 גרם
   • מסה (טולואן): 0.06 L × 866.90 ק"ג / 1000 L = 0.052 ק"ג = 52 גרם
   • שומה (בנזן): 53 גרם × 1 מול / 78.11 גרם = 0.679 מול
   • שומה (טולואן): 52 גרם × 1 מול / 92.14 גרם = 0.564 מול
   • סך כל השומות: 0.679 + 0.564 = 1.243
   • חלק שומה (בנזן): 0.679 / 1.243 = 0.546
   • חלק שומה (טולואן): 0.564 / 1.243 = 0.454
   • פתרון: פ_{פִּתָרוֹן} = פ_{בֶּנזִין}איקס_{בֶּנזִין} + פ_טולואןאיקס_טולואן
   • פ_{פִּתָרוֹן} = (95.1 mmHg) (0.546) + (28.4 mmHg) (0.454)
   • פ_{פִּתָרוֹן} = 51.92 מ"מ כספית. אומנות. + 12.89 מ"מ כספית. אומנות. = 64.81 מ"מ כספית אומנות.

טיפים

• כדי להשתמש במשוואת קלפיירון קלאוסיוס, יש לציין את הטמפרטורה במעלות קלווין (מסומנות ב- K). אם הטמפרטורה שלך ניתנת בצלזיוס, עליך להמיר אותה באמצעות הנוסחה הבאה: ט_ק = 273 + T_ג
• השיטה לעיל פועלת מכיוון שהאנרגיה היא ביחס ישיר לכמות החום. טמפרטורת הנוזל היא הגורם הסביבתי היחיד המשפיע על לחץ האדים.