Indhold

• Trin
• Metode 1 af 3: Brug af Clapeyron-Clausius-ligningen
• Metode 2 af 3: Beregning af damptryk i opløsninger
• Metode 3 af 3: Beregning af damptryk i særlige tilfælde
• Tips

Har du nogensinde efterladt en flaske vand i flere timer under den brændende sol og hørt en "hvæsende" lyd, når du åbner den? Denne lyd er forårsaget af damptryk. I kemi er damptryk det tryk, der udøves af dampen i en væske, der fordamper i en hermetisk lukket beholder. For at finde damptrykket ved en given temperatur skal du bruge Clapeyron-Clausius-ligningen: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Trin

Metode 1 af 3: Brug af Clapeyron-Clausius-ligningen

1. 1 Skriv ned Clapeyron-Clausius-ligningen, der bruges til at beregne damptryk, når det ændrer sig over tid. Denne formel kan bruges til de fleste fysiske og kemiske problemer. Ligningen ser sådan ud: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)), hvor:
   • ΔH_vap Er fordampningens entalpi af væsken. Det kan normalt findes i en tabel i kemibøger.
   • R - gas konstant svarende til 8,314 J / (K × mol)
   • T1 er den indledende temperatur (hvor damptrykket kendes).
   • T2 er den endelige temperatur (hvor damptrykket er ukendt).
   • P1 og P2 - damptryk ved henholdsvis temperaturerne T1 og T2.
2. 2 Erstat værdierne for de mængder, du har givet, i Clapeyron-Clausius-ligningen. De fleste problemer giver to temperaturværdier og en trykværdi, eller to trykværdier og en temperaturværdi.
   • For eksempel indeholder et kar væske ved en temperatur på 295 K, og dets damptryk er 1 atmosfære (1 atm). Find damptrykket ved 393 K. Her får du to temperaturer og et tryk, så du kan finde et andet tryk ved hjælp af Clapeyron-Clausius-ligningen. Ved at erstatte de værdier, du får i formlen, får du: ln (1 / P2) = (ΔH_vap/R) ((1/393) - (1/295)).
   • Bemærk, at i Clapeyron-Clausius-ligningen måles temperaturen altid i kelvin og tryk i enhver måleenhed (men de skal være ens for P1 og P2).
3. 3 Erstat konstanterne. Clapeyron-Clausius-ligningen indeholder to konstanter: R og ΔH_vap... R er altid 8,314 J / (K × mol). ΔH værdi_vap (fordampningens entalpi) afhænger af stoffet, hvis damptryk du forsøger at finde; denne konstant kan normalt findes i en tabel i kemibøger eller på websteder (f.eks. her).
   • I vores eksempel, lad os sige, at der er vand i beholderen. ΔH_vap vand er lig med 40,65 kJ / mol eller lig med 40650 J / mol.
   • Slut konstanterne til formlen og få: ln (1/P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 Løs ligningen ved hjælp af algebraiske operationer.
   • I vores eksempel er den ukendte variabel under tegnet af den naturlige logaritme (ln). For at slippe af med den naturlige logaritme skal du konvertere begge sider af ligningen til den matematiske konstant "e". Med andre ord, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Løs nu ligningen:
   • 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. Dette giver mening, da en forhøjelse af temperaturen i et hermetisk lukket kar med 100 grader vil øge fordampningen, hvilket vil øge damptrykket betydeligt.

Metode 2 af 3: Beregning af damptryk i opløsninger

1. 1 Skriv ned Raoults lov. I virkeligheden er rene væsker sjældne; vi beskæftiger os ofte med løsninger. En løsning fremstilles ved at tilføje en lille mængde af et bestemt kemikalie kaldet et "opløst stof" til en større mængde af et andet kemikalie kaldet et "opløsningsmiddel". I tilfælde af løsninger skal du bruge Raoults lov:P_løsning = P_{opløsningsmiddel}x_{opløsningsmiddel}, hvor:
   • P_løsning Er opløsningens damptryk.
   • P_{opløsningsmiddel} Er opløsningsmidlets damptryk.
   • x_{opløsningsmiddel} - molfraktionen af ​​opløsningsmidlet.
   • Hvis du ikke ved, hvad en molfraktion er, skal du læse videre.
2. 2 Bestem, hvilket stof der vil være opløsningsmidlet, og hvilket der vil være det opløste stof. Husk, at et opløst stof er et stof, der opløses i et opløsningsmiddel, og et opløsningsmiddel er et stof, der opløser et opløst stof.
   • Overvej et sirupeksempel. For at få en sirup opløses en del sukker i en del vand, så sukker er et opløst stof, og vand er et opløsningsmiddel.
   • Bemærk, at den kemiske formel for saccharose (almindeligt sukker) er C₁₂H₂₂O₁₁... Vi får brug for det i fremtiden.
3. 3 Find opløsningens temperatur, da det vil påvirke dets damptryk. Jo højere temperaturen er, desto højere er damptrykket, da fordampningen stiger med stigende temperatur.
   • I vores eksempel, lad os sige, at siruptemperaturen er 298 K (ca. 25 ° C).
4. 4 Find opløsningsmidlets damptryk. Damptrykværdier for mange almindelige kemikalier er angivet i kemihåndbøger, men disse er typisk angivet ved temperaturer på 25 ° C / 298 K eller ved deres kogepunkter. Hvis du får sådanne temperaturer i problemet, skal du bruge værdierne fra referencebøgerne; ellers skal du beregne damptrykket ved en given temperatur af stoffet.
   • For at gøre dette skal du bruge Clapeyron-Clausius-ligningen og erstatte damptrykket og temperaturen på 298 K (25 ° C) i stedet for henholdsvis P1 og T1.
   • I vores eksempel er opløsningens temperatur 25 ° C, så brug værdien fra referencetabellerne - vandets damptryk ved 25 ° C er 23,8 mmHg.
5. 5 Find molfraktionen af ​​opløsningsmidlet. For at gøre dette skal du finde forholdet mellem antallet af mol af et stof og det samlede antal mol af alle stoffer i opløsningen. Med andre ord er molfraktionen af ​​hvert stof (antal mol af stoffet) / (det samlede antal mol af alle stoffer).
   • Lad os sige, at du brugte 1 liter vand og 1 liter saccharose (sukker) til at lave en sirup. I dette tilfælde er det nødvendigt at finde antallet af mol af hvert stof. For at gøre dette skal du finde massen af ​​hvert stof og derefter bruge molernes masse af disse stoffer til at få mol.
   • Vægt på 1 liter vand = 1000 g
   • Vægt på 1 liter sukker = 1056,7 g
   • Mol (vand): 1000 g × 1 mol / 18,015 g = 55,51 mol
   • Mol (saccharose): 1056,7 g × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 mol (bemærk, at du kan finde saccharosens molmasse fra dens kemiske formel C₁₂H₂₂O₁₁).
   • Totalt antal mol: 55,51 + 3,08 = 58,59 mol
   • Molfraktion af vand: 55,51 / 58,59 = 0,947.
6. 6 Sæt nu dataene og de fundne værdier af mængderne i Raoult -ligningen angivet i begyndelsen af ​​dette afsnit (P_løsning = P_{opløsningsmiddel}x_{opløsningsmiddel}).
   • I vores eksempel:
   • P_løsning = (23,8 mmHg) (0,947)
   • P_løsning = 22,54 mmHg Kunst. Dette er fornuftigt, da en lille mængde sukker opløses i en stor mængde vand (målt i mol; mængden er den samme i liter), så damptrykket falder en smule.

Metode 3 af 3: Beregning af damptryk i særlige tilfælde

1. 1 Definition af standardbetingelser. Ofte i kemi bruges temperatur- og trykværdier som en slags "standard" -værdi. Disse værdier kaldes standardtemperatur og tryk (eller standardbetingelser). Ved problemer med damptryk nævnes ofte standardbetingelser, så det er bedre at huske standardværdierne:
   • Temperatur: 273,15 K / 0˚C / 32 F
   • Tryk: 760 mmHg / 1 atm / 101,325 kPa
2. 2 Omskriv Clapeyron-Clausius-ligningen for at finde andre variabler. Det første afsnit i denne artikel viste, hvordan man beregner damptrykket af rene stoffer. Imidlertid kræver ikke alle problemer at finde trykket P1 eller P2; i mange problemer er det nødvendigt at beregne temperaturen eller værdien af ​​ΔH_vap... I sådanne tilfælde skal du omskrive Clapeyron-Clausius-ligningen ved at isolere det ukendte på den ene side af ligningen.
   • For eksempel givet en ukendt væske, hvis damptryk er 25 Torr ved 273 K og 150 Torr ved 325 K. Det er nødvendigt at finde fordampningens entalpi af denne væske (det vil sige ΔH_vap). Løsningen på dette problem:
   • 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 Udskift nu de givne værdier for dig:
   • 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 Overvej permeatets damptryk. I vores eksempel fra det andet afsnit i denne artikel fordamper det opløste stof - sukker - ikke, men hvis det opløste stof producerer damp (fordamper), bør der tages hensyn til damptrykket. For at gøre dette skal du bruge en modificeret form for Raoults ligning: P_løsning = Σ (s_stofx_stof), hvor symbolet Σ (sigma) betyder, at det er nødvendigt at tilføje værdierne for damptrykket for alle stoffer, der udgør opløsningen.
   • Overvej f.eks. En løsning fremstillet af to kemikalier: benzen og toluen. Det samlede volumen af ​​opløsningen er 120 milliliter (ml); 60 ml benzen og 60 ml toluen.Opløsningstemperaturen er 25 ° C, og damptrykket ved 25 ° C er 95,1 mm Hg. til benzen og 28,4 mm Hg. for toluen. Det er nødvendigt at beregne opløsningens damptryk. Vi kan gøre dette ved hjælp af tætheder af stoffer, deres molekylvægte og damptrykværdier:
   • Vægt (benzen): 60 ml = 0,06 l × 876,50 kg / 1000 l = 0,053 kg = 53 g
   • Masse (toluen): 0,06 L × 866,90 kg / 1000 L = 0,052 kg = 52 g
   • Mol (benzen): 53 g × 1 mol / 78,11 g = 0,679 mol
   • Mol (toluen): 52 g × 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol
   • Totalt antal mol: 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Molfraktion (benzen): 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Molfraktion (toluen): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Løsning: P_løsning = P_benzenx_benzen + S_toluenx_toluen
   • P_løsning = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • P_løsning = 51,92 mm Hg. Kunst. + 12,89 mm Hg. Kunst. = 64,81 mmHg Kunst.

Tips

• For at bruge Clapeyron Clausius -ligningen skal temperaturen angives i grader Kelvin (betegnet med K). Hvis din temperatur er angivet i Celsius, skal du konvertere den ved hjælp af følgende formel: T_k = 273 + T_c
• Ovenstående metode fungerer, fordi energi er direkte proportional med mængden af ​​varme. Væskens temperatur er den eneste miljøfaktor, der påvirker damptrykket.