Задаволены

• крокі
• Метад 1 з 3: Выкарыстоўваючы раўнанне Клапейрона-Клаузиуса
• Метад 2 з 3: Вылічэнне ціску пару ў растворах
• Метад 3 з 3: Вылічэнне ціску пару ў асаблівых выпадках
• парады

Вы калі-небудзь пакідалі бутэльку вады на некалькі гадзін пад пякучым сонцам і чулі «шыпячы» гук, адкрываючы яе? Гэты гук выкліканы ціскам пара. У хіміі ціск пара - гэта ціск, які аказваецца парамі вадкасці, якая выпараецца ў герметычна зачыненай пасудзіне. Каб знайсці ціск пара пры дадзенай тэмпературы, скарыстайцеся раўнаннем Клапейрона-Клаузиуса: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

крокі

Метад 1 з 3: Выкарыстоўваючы раўнанне Клапейрона-Клаузиуса

1. 1 Запішыце раўнанне Клапейрона-Клаузиуса, якое выкарыстоўваецца для разліку ціску пара пры яго змяненне з цягам часу. Гэтую формулу можна выкарыстоўваць у большасці фізічных і хімічных задач. Раўнанне выглядае наступным чынам: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)), Дзе:
   • ΔH_vap - Энтальпія выпарэння вадкасці. Яе, як правіла, можна знайсці ў табліцы ў падручніках па хіміі.
   • R - газавая пастаянная, роўная 8,314 Дж / (K × моль)
   • T1 - пачатковая тэмпература (пры якой ціск пара вядома).
   • T2 - канчатковая тэмпература (пры якой ціск пара невядома).
   • P1 і P2 - ціск пара пры тэмпературы T1 і T2, адпаведна.
2. 2 Падстаўце ў раўнанне Клапейрона-Клаузиуса дадзеныя вам значэння велічынь. У большасці задач даюцца два значэння тэмпературы і значэнне ціску ці два значэння ціску і значэнне тэмпературы.
   • Напрыклад, у пасудзіне знаходзіцца вадкасць пры тэмпературы 295 Да, а ціск яе пароў роўна 1 атмасферы (1 атм). Знайдзіце ціск пароў пры тэмпературы 393 K. Тут вам дадзены два значэнні тэмпературы і значэнне ціску, таму вы можаце знайсці іншае значэнне ціску пры дапамозе ўраўненні Клапейрона-Клаузиуса. Падставіўшы дадзеныя вам значэння ў формулу, вы атрымаеце: ln (1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1/393) - (1/295)).
   • Звярніце ўвагу, што ў раўнанні Клапейрона-Клаузиуса тэмпература заўсёды вымяраецца ў Кельвіна, а ціск у любых адзінках вымярэння (але яны павінны быць аднолькавымі для Р1 і Р2).
3. 3 Падстаўце канстанты. Раўнанне Клапейрона-Клаузиуса змяшчае дзве канстанты: R і ΔH_vap. R заўсёды роўная 8,314 Дж / (Да × моль). значэнне ΔH_vap (Энтальпія выпарэння) залежыць ад рэчывы, ціск пароў якога вы спрабуеце знайсці; гэтую канстанту, як правіла, можна знайсці ў табліцы ў падручніках па хіміі або на сайтах (напрыклад, тут).
   • У нашым прыкладзе дапусцім, што ў пасудзіне знаходзіцца вада. ΔH_vap вады роўная 40,65 кДж / моль або роўная 40650 Дж / моль.
   • Падстаўце канстанты ў формулу і атрымаеце: ln (1 / P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 Вырашыце раўнанне пры дапамозе алгебраічных аперацый.
   • У нашым прыкладзе невядомая пераменная знаходзіцца пад знакам натуральнага лагарыфма (ln). Для збавення ад натуральнага лагарыфма ператворыце абодва бакі ўраўненні ў ступень матэматычнай канстанты «е». Іншымі словамі, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Цяпер вырашыце раўнанне:
   • 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. Гэта мае сэнс, таму што павышэнне тэмпературы ў герметычна зачыненай пасудзіне на 100 градусаў прывядзе да павелічэння параўтварэння, што значна павялічыць ціск пара.

Метад 2 з 3: Вылічэнне ціску пару ў растворах

1. 1 Запішыце закон Рауля. У рэальным жыцці чыстыя вадкасці сустракаюцца рэдка; часцяком мы маем справу з растворамі. Раствор атрымліваецца пры даданні невялікай колькасці пэўнага хімічнага рэчыва, званага «разбаўленае рэчыва», у большую колькасць іншага хімічнага рэчыва, званага «растваральнік». У выпадках раствораў карыстайцеся законам Рауля:P_{раствор} = P_{растваральнік}X_{растваральнік}, Дзе:
   • P_{раствор} - ціск пароў раствора.
   • P_{растваральнік} - ціск пары растваральніку.
   • X_{растваральнік} - Мольн доля растваральніка.
   • Калі вы не ведаеце, што такое «Мольн доля», чытайце далей.
2. 2 Вызначце, якое рэчыва будзе растваральнікам, а якое - раствораным рэчывам. Нагадаем, што разбаўленае рэчыва - гэта рэчыва, раствараюць у растваральніку, а растваральнік - гэта рэчыва, якое растварае разбаўленае рэчыва.
   • Разгледзім прыклад сіропу. Для атрымання сіропу адну частку цукру раствараюць у адной часткі вады, таму цукар - гэта разбаўленае рэчыва, а вада - гэта растваральнік.
   • Звярніце ўвагу, што хімічная формула цукрозы (звычайнага цукру): C₁₂H₂₂O₁₁. Яна спатрэбіцца нам у далейшым.
3. 3 Знайдзіце тэмпературу раствора, так як яна будзе ўплываць на ціск яго пара. Чым вышэй тэмпература, тым вышэй ціск пароў, так як з ростам тэмпературы расце параўтварэнне.
   • У нашым прыкладзе дапусцім, што тэмпература сіропу роўная 298 K (каля 25˚С).
4. 4 Знайдзіце ціск пары растваральніку. У даведніках па хіміі прыводзяцца значэння ціску пароў многіх распаўсюджаных хімічных рэчываў, але, як правіла, такія значэнні дадзеныя пры тэмпературы рэчываў у 25 ° С / 298 Да або пры іх тэмпературах кіпення. Калі ў задачы вам дадзены такія тэмпературы, выкарыстоўвайце значэння з даведнікаў; у адваротным выпадку вам неабходна вылічыць ціск пароў пры дадзенай тэмпературы рэчывы.
   • Для гэтага скарыстайцеся раўнаннем Клапейрона-Клаузиуса, падставіўшы ў яго ціск пароў і тэмпературу 298 К (25˚С) замест P1 і T1, адпаведна.
   • У нашым прыкладзе тэмпература раствора роўная 25 ° З, таму карыстайцеся значэннем з даведачных табліц - ціск пароў вады пры 25 ° С роўна 23,8 мм ртутнага слупа.
5. 5 Знайдзіце Мольн долю растваральніка. Для гэтага знайдзіце стаўленне ліку молей рэчывы да агульнай колькасці молей ўсіх рэчываў, якія ёсць у растворы. Іншымі словамі, Мольн доля кожнага рэчывы роўная (лік молей рэчывы) / (агульная колькасць молей ўсіх рэчываў).
   • Дапусцім, што для падрыхтоўкі сіропу вы выкарыстоўвалі 1 л вады і 1 л цукрозы (цукру). У гэтым выпадку неабходна знайсці лік молей кожнага рэчывы. Для гэтага трэба знайсці масу кожнага рэчывы, а затым выкарыстоўваць малярная маса гэтых рэчываў, каб атрымаць молі.
   • Маса 1 л вады = 1000 г
   • Маса 1 л цукру = 1056,7г
   • Моль (вада): 1000 г × 1 моль / 18,015 г = 55,51 моль
   • Моль (цукроза): 1056,7 г × 1 моль / 342,2965 г = 3,08 моль (звярніце ўвагу, што вы можаце знайсці малярная маса цукрозы з яе хімічнай формулы C₁₂H₂₂O₁₁).
   • Агульная колькасць молей: 55,51 + 3,08 = 58,59 моль
   • Мольн доля вады: 55,51 / 58,59 = 0,947.
6. 6 Цяпер падстаўце дадзеныя і знойдзеныя значэння велічынь у раўнанне Рауля, прыведзенае ў пачатку гэтага падзелу (P_{раствор} = P_{растваральнік}X_{растваральнік}).
   • У нашым выпадку:
   • P_{раствор} = (23,8 мм рт. Арт.) (0,947)
   • P_{раствор} = 22,54 мм рт. арт. Гэта мае сэнс, так як у вялікай колькасці вады растворана невялікая колькасць цукру (калі вымяраць ў молях; у літрах іх колькасць аднолькава), таму ціск пароў нязначна зменшыцца.

Метад 3 з 3: Вылічэнне ціску пару ў асаблівых выпадках

1. 1 Вызначэнне стандартных умоў. Часцяком у хіміі выкарыстоўваюцца значэння тэмпературы і ціску як свайго роду значэння «па змаўчанні». Такія значэнні называюцца стандартнымі тэмпературай і ціскам (або стандартнымі ўмовамі). У задачах на ціск пара часта згадваюцца стандартныя ўмовы, таму лепш запомніць стандартныя значэнні:
   • Тэмпература: 273,15 K / 0˚C / 32 F
   • Ціск: 760 мм рт.сл. / 1 ​​атм. / 101,325 кПа
2. 2 Перапішыце раўнанне Клапейрона-Клаузиуса так, каб знайсці іншыя зменныя. У першым раздзеле гэтага артыкула было паказана, як вылічаць ціску пароў чыстых рэчываў. Аднак не ва ўсіх задачах патрабуецца знайсці ціск P1 або P2; ў многіх задачах трэба вылічыць тэмпературу ці значэнне ΔH_vap. У такіх выпадках перапішыце раўнанне Клапейрона-Клаузиуса, адасобіць невядомую велічыню на адным баку ўраўненні.
   • Напрыклад, дадзена невядомая вадкасць, ціск пара якой роўна 25 Торэ пры 273 Да і 150 Торэ пры 325 К. Трэба знайсці Энтальпія выпарэння гэтай вадкасці (гэта значыць ΔH_vap). Рашэнне гэтай задачы:
   • 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 Цяпер падстаўце дадзеныя вам значэння:
   • 8,314 Дж / (K × моль) × (-1,79) / (- 0,00059) = ΔH_vap
   • 8,314 Дж / (K × моль) × 3033,90 = ΔH_vap = 25223,83 Дж / моль
3. 3 Улічыце ціску пара растворанага рэчыва. У нашым прыкладзе з другога падзелу гэтага артыкула разбаўленае рэчыва - цукар - ня выпараецца, але калі разбаўленае рэчыва вырабляе пар (выпараецца), ціск такога пара варта ўлічыць. Для гэтага скарыстайцеся мадыфікаваным выглядам ўраўненні Рауля: P_{раствор} = Σ (P_рэчываX_рэчыва), Дзе сімвал Σ (сігма) азначае, што неабходна скласці значэння ціскаў параў усіх рэчываў, з якіх складаецца раствор.
   • Напрыклад, разгледзім раствор, які складаецца з двух хімічных рэчываў: бензолу і талуол. Агульны аб'ём раствора 120 мілілітраў (мл); 60 мл бензолу і 60 мл талуол.Тэмпература раствора роўная 25 ° С, а ціск пароў пры 25 ° С роўна 95,1 мм рт.сл. для бензолу і 28,4 мм рт.сл. для талуол. Неабходна вылічыць ціск пароў раствора. Мы можам зрабіць гэта пры дапамозе шчыльнасцяў рэчываў, іх малекулярных мас і значэнняў ціску пару:
   • Маса (бензол): 60 мл = 0,06 л × 876,50 кг / 1000 л = 0,053 кг = 53 г
   • Маса (талуол): 0,06 л × 866,90 кг / 1000 л = 0,052 кг = 52 г
   • Моль (бензол): 53 г × 1 моль / 78,11 г = 0,679 моль
   • Моль (талуол): 52 г × 1 моль / 92,14 г = 0,564 моль
   • Агульная колькасць молей: 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Мольн доля (бензол): 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Мольн доля (талуол): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Рашэнне: P_{раствор} = P_бензолX_бензол + P_талуолX_талуол
   • P_{раствор} = (95,1 мм рт. Арт.) (0,546) + (28,4 мм рт. Арт.) (0,454)
   • P_{раствор} = 51,92 мм рт. арт. + 12,89 мм рт. арт. = 64,81 мм рт. арт.

парады

• Для выкарыстання ўраўненні Клапейрона Клаузиуса тэмпература павінна быць указана ў градусах Кельвіна (пазначаецца Да). Калі ў вас дадзена тэмпература па Цэльсіі, неабходна канвертаваць яе пры дапамозе наступнай формулы: T_k = 273 + T_c
• Апісаны вышэй метад працуе, таму што энергія прама прапарцыйная колькасці цяпла. Тэмпература вадкасці з'яўляецца адзіным фактарам навакольнага асяроддзя, ад якой залежыць ціск пароў.