محتوا

• مراحل
• روش 1 از 3: با استفاده از معادله Clapeyron-Clausius
• روش 2 از 3: محاسبه فشار بخار در محلول ها
• روش 3 از 3: محاسبه فشار بخار در موارد خاص
• نکات

آیا تا به حال بطری آب را چند ساعت زیر آفتاب سوزان رها کرده اید و هنگام بازکردن آن صدای "خش خش" شنیده اید؟ این صدا در اثر فشار بخار ایجاد می شود. در شیمی ، فشار بخار فشاری است که بخار مایع وارد می کند و در محفظه ای مهر و موم شده تبخیر می شود. برای یافتن فشار بخار در دمای معین ، از رابطه Clapeyron-Clausius استفاده کنید: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

مراحل

روش 1 از 3: با استفاده از معادله Clapeyron-Clausius

1. 1 معادله Clapeyron-Clausius را که برای محاسبه فشار بخار هنگام تغییر در زمان استفاده می شود ، بنویسید. از این فرمول می توان برای اکثر مشکلات فیزیکی و شیمیایی استفاده کرد. این معادله به شکل زیر است: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1))، جایی که:
   • ΔH_vap آیا آنتالپی تبخیر مایع است. معمولاً می توان آن را در جدول کتاب های درسی شیمی یافت.
   • R - ثابت گاز برابر با 8.314 J / (K × mol)
   • T1 دمای اولیه است (که در آن فشار بخار مشخص است).
   • T2 دمای نهایی است (که در آن فشار بخار مشخص نیست).
   • P1 و P2 - فشار بخار به ترتیب در دمای T1 و T2.
2. 2 مقادیر مقادیری که به شما داده می شود را در معادله Clapeyron-Clausius جایگزین کنید. اکثر مشکلات دو مقدار دما و مقدار فشار ، یا دو مقدار فشار و مقدار دما را ارائه می دهند.
   • به عنوان مثال ، یک ظرف حاوی مایع در دمای 295 K است و فشار بخار آن 1 اتمسفر (1 اتمسفر) است. فشار بخار را در 393 K. بیابید در اینجا دو دما و یک فشار به شما داده می شود ، بنابراین می توانید با استفاده از معادله Clapeyron-Clausius فشار متفاوتی پیدا کنید. با جایگزینی مقادیری که در فرمول به شما داده شده است ، بدست می آورید: ln (1 / P2) = (ΔH_vap/R) ((1/393) - (1/295)).
   • لطفاً توجه داشته باشید که در معادله Clapeyron-Clausius ، دما همیشه بر حسب کلوین و فشار در هر واحد اندازه گیری (اما برای P1 و P2 باید یکسان باشد) اندازه گیری می شود.
3. 3 ثابتها را جایگزین کنید معادله Clapeyron-Clausius شامل دو ثابت است: R و ΔH_vap... R همیشه 8.314 J / (K × mol) است. مقدار ΔH_vap (آنتالپی تبخیر) بستگی به ماده ای دارد که فشار بخار آن را می خواهید پیدا کنید. این ثابت را معمولاً می توان در جدول کتاب های درسی شیمی یا در وب سایت ها (به عنوان مثال ، اینجا) یافت.
   • در مثال ما ، فرض کنید آب در ظرف وجود دارد. ΔH_vap آب معادل 40.65 کیلوژول بر مول یا معادل 40650 جی مول بر مول است.
   • ثابت ها را به فرمول وصل کنید و بدست آورید: ln (1/P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 معادله را با استفاده از عملیات جبری حل کنید.
   • در مثال ما ، متغیر ناشناخته زیر علامت لگاریتم طبیعی (ln) است. برای رهایی از لگاریتم طبیعی ، دو طرف معادله را به توان ثابت ریاضی "e" تبدیل کنید. به عبارت دیگر، ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • حالا معادله را حل کنید:
   • 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 اتمسفر این امر منطقی است ، زیرا افزایش درجه حرارت در یک ظرف بسته بندی شده با دما تا 100 درجه ، تبخیر را افزایش می دهد ، که فشار بخار را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.

روش 2 از 3: محاسبه فشار بخار در محلول ها

1. 1 قانون رائولت را بنویسید. در زندگی واقعی ، مایعات خالص کمیاب هستند. ما اغلب با راه حل ها سر و کار داریم. یک محلول با افزودن مقدار کمی از یک ماده شیمیایی خاص به نام "املاح" به مقدار بیشتری از یک ماده شیمیایی دیگر به نام "حلال" ساخته می شود. در مورد راه حل ها ، از قانون رائولت استفاده کنید:پ_{راه حل} = P_حلالایکس_حلال، جایی که:
   • پ_{راه حل} آیا فشار بخار محلول است.
   • پ_حلال آیا فشار بخار حلال است.
   • ایکس_حلال - کسر مول حلال.
   • اگر نمی دانید کسر خال چیست ، ادامه مطلب را بخوانید.
2. 2 تعیین کنید که کدام ماده حلال و کدام ماده حل شده خواهد بود. به یاد بیاورید که املاح ماده ای است که در حلال حل می شود و حلال موادی است که املاح را حل می کند.
   • یک مثال شربت را در نظر بگیرید. برای به دست آوردن شربت ، یک قسمت از شکر در یک قسمت از آب حل می شود ، بنابراین شکر یک املاح و آب یک حلال است.
   • توجه داشته باشید که فرمول شیمیایی ساکارز (قند معمولی) C است₁₂ح₂₂O₁₁... در آینده به آن نیاز خواهیم داشت.
3. 3 دمای محلول را پیدا کنید ، زیرا بر فشار بخار آن تأثیر می گذارد. هرچه دما بالاتر باشد ، فشار بخار نیز بیشتر می شود ، زیرا با افزایش دما ، تبخیر افزایش می یابد.
   • در مثال ما ، فرض کنید دمای شربت 298 K (حدود 25 درجه سانتی گراد) است.
4. 4 فشار بخار حلال را پیدا کنید. مقادیر فشار بخار برای بسیاری از مواد شیمیایی متداول در کتابهای شیمی آمده است ، اما معمولاً در دمای 25 درجه سانتیگراد / 298 درجه سانتیگراد یا در نقاط جوش آنها داده می شود. اگر در این مشکل چنین دمایی به شما داده شده است ، از مقادیر کتابهای مرجع استفاده کنید. در غیر این صورت ، شما باید فشار بخار را در دمای معینی از ماده محاسبه کنید.
   • برای انجام این کار ، از معادله Clapeyron-Clausius استفاده کنید و فشار بخار و دمای 298 K (25 درجه سانتیگراد) را به جای P1 و T1 جایگزین کنید.
   • در مثال ما ، دمای محلول 25 درجه سانتی گراد است ، بنابراین از جدول جداول مرجع استفاده کنید - فشار بخار آب در 25 درجه سانتی گراد 23.8 میلی متر جیوه است.
5. 5 کسر مول حلال را پیدا کنید. برای این کار ، نسبت تعداد مول یک ماده را به تعداد کل مولهای همه مواد موجود در محلول بیابید. به عبارت دیگر ، بخش مول هر ماده (تعداد مول ماده) / (تعداد کل مولهای همه مواد) است.
   • فرض کنید از 1 لیتر آب و 1 لیتر ساکارز (شکر) برای تهیه شربت استفاده کرده اید. در این مورد ، لازم است تعداد مول هر ماده را پیدا کنید. برای این کار باید جرم هر ماده را پیدا کنید و سپس از توده های مولی این مواد برای بدست آوردن خال استفاده کنید.
   • وزن 1 لیتر آب = 1000 گرم
   • وزن 1 لیتر شکر = 1056.7 گرم
   • مول (آب): 1000 گرم × 1 مول / 18.015 گرم = 55.51 مول
   • مول (ساکارز): 1056.7 گرم × 1 مول / 342.2965 گرم = 3.08 مول (توجه داشته باشید که می توانید جرم مولی ساکارز را از فرمول شیمیایی C آن بیابید.₁₂ح₂₂O₁₁).
   • تعداد کل خال: 55.51 + 3.08 = 58.59 مول
   • کسر مول آب: 55.51 / 58.59 = 0.947.
6. 6 اکنون داده ها و مقادیر پیدا شده مقادیر را به معادله Raoult که در ابتدای این بخش داده شده است وصل کنید (پ_{راه حل} = P_حلالایکس_حلال).
   • در مثال ما:
   • پ_{راه حل} = (23.8 میلی متر جیوه) (0.947)
   • پ_{راه حل} = 22.54 میلی متر جیوه هنر این امر منطقی است ، زیرا مقدار کمی شکر در مقدار زیادی آب حل می شود (اگر با خال اندازه گیری شود ؛ مقدار آنها در لیتر یکسان است) ، بنابراین فشار بخار کمی کاهش می یابد.

روش 3 از 3: محاسبه فشار بخار در موارد خاص

1. 1 تعریف شرایط استاندارد اغلب در شیمی ، مقادیر دما و فشار به عنوان نوعی "پیش فرض" استفاده می شود. به این مقادیر دما و فشار استاندارد (یا شرایط استاندارد) گفته می شود. در مشکلات فشار بخار ، اغلب شرایط استاندارد ذکر می شود ، بنابراین بهتر است مقادیر استاندارد را به خاطر بسپارید:
   • دما: 273.15 K / 0˚C / 32 F
   • فشار: 760 میلی متر جیوه / 1 اتمسفر / 101.325 کیلو پاسکال
2. 2 معادله Clapeyron-Clausius را بازنویسی کنید تا سایر متغیرها را بیابید. بخش اول این مقاله نحوه محاسبه فشار بخار مواد خالص را نشان داد. با این حال ، همه مشکلات نیازی به یافتن فشار P1 یا P2 ندارند. در بسیاری از مشکلات لازم است دما یا مقدار ΔH محاسبه شود_vap... در چنین مواردی ، معادله Clapeyron-Clausius را با جداسازی مجهول در یک طرف معادله بازنویسی کنید.
   • به عنوان مثال ، با توجه به مایع ناشناخته ، فشار بخار آن 25 Torr در 273 K و 150 Torr در 325 K است. لازم است آنتالپی بخار شدن این مایع را پیدا کنیم (یعنی ΔH_vap) راه حل این مشکل:
   • 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 حالا مقادیر داده شده را به جای شما جایگزین کنید:
   • 8.314 J / (K × mol) (-1.79) / (- 0.00059) = ΔH_vap
   • 8.314 J / (K × mol) 33 3033.90 = ΔH_vap = 25223.83 J / mol
3. 3 فشار بخار محل نفوذ شده را در نظر بگیرید. در مثال ما از بخش دوم این مقاله ، املاح - قند - تبخیر نمی شود ، اما اگر املاح بخار تولید کند (بخار می شود) ، فشار بخار باید در نظر گرفته شود. برای انجام این کار ، از فرم تغییر یافته معادله راولت استفاده کنید: P_{راه حل} = Σ (ص_مادهایکس_ماده) ، جایی که نماد Σ (سیگما) به این معنی است که لازم است مقادیر فشار بخار همه موادی که محلول را تشکیل می دهند اضافه شود.
   • به عنوان مثال ، محلول ساخته شده از دو ماده شیمیایی بنزن و تولوئن را در نظر بگیرید. حجم کل محلول 120 میلی لیتر (میلی لیتر) است. 60 میلی لیتر بنزن و 60 میلی لیتر تولوئن.دمای محلول 25 درجه سانتی گراد و فشار بخار در 25 درجه سانتی گراد 95.1 میلی متر جیوه است. برای بنزن و 28.4 میلی متر جیوه برای تولوئن لازم است فشار بخار محلول را محاسبه کنید. ما می توانیم این کار را با استفاده از چگالی مواد ، وزن مولکولی و مقادیر فشار بخار انجام دهیم:
   • وزن (بنزن): 60 میلی لیتر = 0.06 لیتر × 876.50 کیلوگرم / 1000 لیتر = 0.053 کیلوگرم = 53 گرم
   • جرم (تولوئن): 0.06 L × 866.90 کیلوگرم / 1000 L = 0.052 کیلوگرم = 52 گرم
   • مول (بنزن): 53 گرم × 1 مول / 78.11 گرم = 0.679 مول
   • مول (تولوئن): 52 گرم × 1 مول / 92.14 گرم = 0.564 مول
   • تعداد کل خال: 0.679 + 0.564 = 1.243 =
   • کسر مول (بنزن): 0.679 / 1.243 = 0.546 =
   • کسر مول (تولوئن): 0.564 / 1.243 = 0.454
   • راه حل: P_{راه حل} = P_بنزنایکس_بنزن + پ_تولوئنایکس_تولوئن
   • پ_{راه حل} = (95.1 میلی متر جیوه) (0.546) + (28.4 میلی متر جیوه) (0.454)
   • پ_{راه حل} = 51.92 میلی متر جیوه هنر + 12.89 میلی متر جیوه هنر = 64.81 میلی متر جیوه هنر

نکات

• برای استفاده از معادله Clapeyron Clausius ، دما باید بر حسب درجه کلوین (که با K نشان داده می شود) مشخص شود. اگر درجه حرارت شما بر حسب سانتی گراد ذکر شده است ، باید آن را با استفاده از فرمول زیر تبدیل کنید: تی_ک = 273 + T_ج
• روش فوق به این دلیل کار می کند که انرژی مستقیماً با مقدار گرما متناسب است. دمای مایع تنها عامل محیطی است که بر فشار بخار تأثیر می گذارد.