Calculați presiunea vaporilor

Ați auzit vreodată un sunet ușurat când ați deschis o sticlă de apă pe care ați lăsat-o în soarele fierbinte timp de câteva ore? Acest lucru este cauzat de un principiu numit presiunea de vapori

conținut

Pași
Metoda 1aplicați ecuația clausius-clapeyron
Metoda 2determinați presiunea de vapori cu soluții
Metoda 3determinați presiunea vaporilor în cazuri speciale
Sfaturi

. În chimie, presiunea de vapori este presiunea exercitată asupra pereților spațiului închis prin evaporarea (schimbarea în gaz) a unei substanțe. Pentru a determina presiunea de vapori la o anumită temperatură, utilizați ecuația Clausius-Clapeyron: ln (P1 / P2) = (ΔH_VAP/ R) ((1 / T2) - (1 / Ti)).

pași

Metoda 1
Aplicați ecuația Clausius-Clapeyron

Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 1

Notați comparația lui Clausius-Clapeyron. Formula de calcul a presiunii de vapori la care o schimbare a presiunii de vapori este într-o anumită perioadă de timp, numită ecuația Clausius-Clapeyron (numit după fizicieni și Rudolf Clausius Clapeyron Benoît Paul Emile). Aceasta este formula de obicei necesara pentru a rezolva problemele comune de presiune a vaporilor in lectii de fizica si chimie. Formula se arată astfel: ln (P1 / P2) = (ΔH_VAP/ r) ((1 / T2) - (1 / Ti)). În această formulă, variabilele se referă la:

AH_VAP: Entalpia evaporării unui lichid. De obicei, le găsiți într-o masă din spatele unei cărți de studiu privind chimia.
R: Constanta gazului real, sau 8,314 J / (K × Mol).
T1: Temperatura pentru care presiunea de vapori este cunoscută (sau temperatura inițială).
T2: Temperatura pentru care trebuie determinată presiunea vaporilor (adică temperatura finală).
P1 și P2: Presiunea de vapori la temperaturile T1 și, respectiv, T2.

Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 2

Înlocuiți variabilele pe care le cunoașteți. Clausius-Clapeyron pare complicat, deoarece conține atât de multe variabile diferite, dar nu este într-adevăr foarte dificil, dar atâta timp cât aveți informațiile corecte. Cele mai simple afirmații despre presiunea vaporilor vă dau două valori de temperatură și valoarea unei imprimare sau a două presiuni și temperaturi - face acest lucru, atunci rezolva o bucată de tort.

De exemplu, presupuneți că declarația indică faptul că un recipient este plin cu lichid la 295 K, a cărui presiune de vapori este egală cu 1 atmosferă (atm). Întrebarea este: Care este presiunea de vapori la 393 K? Avem două valori de temperatură și o presiune, astfel încât să putem găsi cealaltă valoare de presiune cu compararea lui Clausius-Clapeyron. Înlocuiți valorile variabilelor și ajungem ln (1 / P2) = (ΔH_VAP/ r) ((1/393) - (1/295)).

Rețineți că în ecuațiile lui Clausius-Clapeyron întotdeauna Kelvin folosit ca o temperatură. Puteți utiliza fiecare unitate pentru presiune, atâta timp cât acestea sunt aceleași pentru ambele P1 și P2.

Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 3

Introduceți constantele. Ecuația Clausius-Clapeyron conține două constante: R și ΔH_VAP. R este întotdeauna egal cu 8,314 J / (K × Mol). AH_VAP (entalpia evaporării), dar depinde de substanța în care investighezi presiunea de vapori. După cum sa arătat mai sus, puteți da ΔH_VAP valori pentru un număr mare de substanțe din cărțile de chimie sau de fizică sau, eventual, on-line (cum ar fi, de exemplu, aici.)

În exemplul nostru, imaginați-vă că lichidul nostru este apă pură. Ne uităm la o masă cu ΔH_VAP valorile, vedem că ΔH_VAP aproximativ 40,65 KJ / mol. Deoarece folosim joule pentru valoarea lui H (în loc de kilojoule), putem converti acest lucru la "40,650 J / mol.`

Introducerea constantelor din ecuația noastră dă ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295)).

Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 4

Rezolvați ecuația. Sunt toate variabilele introduse în ecuația (cu excepția variabilei pe care doriți să rezolve), apoi continua pentru a rezolva ecuația în conformitate cu normele obișnuite de algebră.

Singurul punct complicat de rezolvare a ecuației (ln (1 / P2) = (40650 / 8.314) ((1/393) - (1/295))) se ocupă cu log logaritmul natural (ln). Puteți elimina aceste lucruri prin folosirea ambelor părți ale ecuației ca putere pentru constanta matematică e. Astfel:ln (x) = 2 → e^{ln (x)} = e² → x = e².`

Acum ne putem rezolva ecuația:

ln (1 / P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295))

ln (1 / P2) = (4,889,34) (- 0,00084)

(1 / P2) = e^(-4107)

1 / P2 = 0,0165

P 2 = 0,0165^-1 = `60,76 atm.„Acest lucru pare să fie adevărat - într-un spațiu închis va crește temperatura de aproape 100 de grade (până la aproape 20 de grade mai mult decât punctul de fierbere al apei) pentru a crea o mulțime de vapori de apă, care crește foarte mult presiunea.

Metoda 2
Determinați presiunea de vapori cu soluții

Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 5

Notați Legea lui Raoult. În viața reală este rară că aveți de-a face cu o singură soluție pură - de obicei aveți de-a face cu lichide care sunt amestecuri de substanțe compuse diferite. Unele dintre cele mai cunoscute dintre aceste amestecuri se fac prin dizolvarea unei mici cantități dintr-o anumită substanță chimică dizolvă substanța într-o cantitate mare de substanță, ea solvent (sau solvent) la unul soluție crea În aceste cazuri, este util să aibă cunoștință de o ecuație numită Legea lui Raoult (dupa fizicianul François-Marie Raoult), care arata ca: P_soluție= P_solventX_solvent. În această formulă, variabilele se referă la:

P_soluție: Presiunea de vapori a soluției complete (toate componentele combinate)
P_solvent: Presiunea de vapori a solventului
X_solvent: Fracțiunea molară a solventului.
Nu vă faceți griji dacă aveți termeni cum ar fi "fracție molară" nu știu - le explicăm în următorii pași.

Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 6

Identificați solventul și soluția din soluția dvs. Înainte de a putea calcula presiunea de vapori a unui lichid compus, trebuie să analizați substanțele cu care lucrați. Ca o reamintire, se formează o soluție atunci când o substanță este dizolvată într-un solvent - substanța chimică care se dizolvă este întotdeauna substanța dizolvată, iar substanța chimică în care este dizolvată este întotdeauna solventul.

În această secțiune, să ilustrăm conceptele pe care le discutăm printr-un exemplu simplu. Să presupunem că vrem să determinăm presiunea de vapori a siropului obișnuit. În general, siropul obișnuit este alcătuit dintr-o parte a zahărului dizolvat într-o parte a apei, deci putem spune asta zahărul este substanța dizolvată și apa este solventul.

Notă: formula chimică pentru zaharoză (zahăr granulat) este C₁₂H₂₂O₁₁. Acest lucru va fi important în curând.

Imaginea cu titlul Calculați presiunea vaporilor Pasul 7

Determinați temperatura soluției. După cum am văzut în secțiunea de mai sus despre Clausius Clapeyron, temperatura lichidului va afecta presiunea vaporilor. În general, cu cât este mai mare temperatura, cu atât presiunea de vapori este mai mare - cu creșterea temperaturii, se va evapora mai mult lichid, crescând presiunea vaporilor în spațiul închis.

Să luăm ca exemplu temperatura curentă a siropului obișnuit 298 K (aproximativ 25 ° C).

Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 8

Determinați presiunea de vapori a solventului. materiale de referință chimice au în mod tipic valori ale presiunii de vapori pentru mulți agenți utilizați în mod obișnuit și compuși, dar acestea, de obicei, se aplică numai la o temperatură de 25o C / 298 K sau la punctul de fierbere. În cazul în care temperatura soluției la una dintre aceste valori, puteți consulta utilizare- dacă nu, atunci trebuie să găsească presiunea de vapori la temperatura actuală.

Clausius-Clapeyron ar putea fi utilă - utilizează valoarea de referință pentru presiunea vaporilor și 298 K (25 ° C) pentru P1 și T1 respectiv.

În exemplul nostru, amestecul este de 25 ° C, astfel încât să putem folosi tabelele de referință ușoare. Vedem că apa la 25 ° C are o presiune a vaporilor de 23,8 mm HG

Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 9

Se determină fracția molară a solventului. Ultimul lucru pe care trebuie să-l facem înainte de a putea rezolva este să determinăm fracția molară a solventului. Găsirea fracțiilor moleculare este foarte simplă: pur și simplu transformați componentele în Mol și apoi determinați procentajul din numărul total de moli din substanța pe care o consumă fiecare componentă. Cu alte cuvinte, fracțiunea molară a fiecărei componente este egală cu (numărul de molecule de componentă) / (numărul total de Mol al substanței).

Să presupunem că există pentru rețeta noastră de sirop 1 litru de apă și 1 litru de zaharoză (zahăr) necesare. În acest caz, trebuie să găsim numărul de moli ai fiecăruia. Pentru a face acest lucru, determinăm masa fiecăruia, pentru a converti apoi masa molară a substanței la numărul de Mol.

Masă (1 litru de apă): 1000 grame (g)

Masa (1 l pentru zahăr brut): aproximativ 1,056,7 g

Mol (apă): 1000 grame x 1 mol / 18,015 g = 55,51 Mol

Mol (zaharoză): 1056,7 grame × 1 mol / 342.2965 g = 3,08 mol (rețineți că molar de zaharoză poate determina cu ajutorul formulei chimice, C₁₂H₂₂O₁₁.)

Numărul total de moli: 55,51 + 3,08 = 58,59 moli

Fracțiunea molară de apă: 55,51 / 58,59 = 0.947

Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 10

Rezolvați-l. Acum avem în sfârșit tot ce este necesar pentru a rezolva comparația dintre Legea lui Raoult. Această parte este surprinzător de simplă: înlocuiți valorile variabilelor în comparația simplificată a Legii lui Raoult la începutul acestei secțiuni (P_soluție = P_solventX_solvent).

După înlocuirea valorilor pe care le obțineți:

P_soluție = (23,8 mm Hg) (0,947)

P_soluție = `22,54 mm Hg."Acest lucru pare să fie corect - în ceea ce privește Mol, numai puțin zahăr este dizolvat într-o cantitate mare de apă (chiar dacă are același volum), astfel că presiunea vaporilor va scădea ușor.

Metoda 3
Determinați presiunea vaporilor în cazuri speciale

Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 11

Fiți conștienți de condițiile standard de temperatură și presiune. Oamenii de știință folosesc adesea unele valori fixe pentru temperatură și presiune, ca un fel de convenabil „standard“. Aceste valori se numesc temperatura și presiunea standard (condițiile standard). Problemele cu presiunea de vapori folosesc adesea condițiile standard, deci este util să memorați aceste valori. Temperatura și presiunea standard sunt definite ca:

Temperatura: 273,15 K / 0 C / 32 F
presiune: 760 mm Hg / 1 atm / 101,325 kilopascali

Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 12

Ordonați ecuația lui Clausius-Clapeyron pentru a găsi alte variabile. În exemplul nostru din partea 1 am văzut că compararea lui Clausius-Clapeyron este foarte utilă pentru găsirea presiunii vaporilor de substanțe pure. Dar nu orice intrebare va fi de a determina P1 sau P2 - in multe cazuri vi se va cere sa gasiti o valoare a temperaturii sau, uneori, chiar o ΔH_VAP valoare. Din fericire, determinarea răspunsului corect în aceste cazuri este adesea doar o chestiune de rescriere a ecuației, astfel încât variabila pe care urmează să o rezolvați este izolată pe o parte a semnalului egal.

De exemplu, să presupunem că există un lichid necunoscut cu o presiune a vaporilor de 25 torri la 273 K și 150 torr la 325 K și vrem să determinăm entalpia evaporată a acestui lichid (ΔH_VAP). Putem rezolva acest lucru dacă:

ln (P1 / P2) = (ΔH_VAP/ r) ((1 / T2) - (1 / Ti))

(ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) =_VAP/ R)

R × (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = ΔH_VAP Acum îți vom completa valorile:

8,314 J / (KxMol) x (-1,79) / (- 0,00059) = ΔH_VAP

8,314 J / (K × Mol) × 3,033,90 = ΔH_VAP = 25,223,83 J / mol

Imaginea intitulată Calculați presiunea vaporilor Pasul 13

Luați în considerare presiunea de vapori a substanței dizolvate atunci când produce vapori. Prin exemplul de mai sus al Legii lui Raoult, solutul, zahărul în sine nu produce vapori la temperaturi normale (când a fost ultima dată când ați văzut un castron de zahăr evaporat?) Cu toate acestea, atunci când substanța dizolvată nu se evapora, acest lucru va afecta presiunea de vapori. Putem demonstra acest lucru cu ajutorul unei versiuni adaptate a Legii lui Raoult: P_soluție = Σ (P_componentX_component) Simbolul sigma (Σ) înseamnă că trebuie să adăugăm presiunea de vapori a tuturor componentelor pentru a găsi răspunsurile.

De exemplu, să presupunem că am făcut o soluție de două substanțe chimice: benzen și toluen. Volumul total al soluției este de 120 mililitri (ml) - 60 mililitri de benzen și 60 mililitri de toluen. Temperatura soluției este de 25 ° C și presiunea de vapori a fiecăreia dintre aceste substanțe chimice la 25o C este de 95,1 mm Hg pentru benzen și 28,4 mm Hg pentru toluen. Pe baza acestor valori trebuie să determinați presiunea de vapori a soluției. Putem face acest lucru după cum urmează cu densitatea standard, masa molară și presiunea de vapori a celor două substanțe chimice:

Masa (benzen): 60 ml = 0,060 l &ori 876,50 kg / 1,000 l = 0,053 kg = 53 g

Masa (toluen): 0,060 l &ori 866.90 kg / 1.000 l = 0.052 kg = 52 g

Mol (benzen): 53 g x 1 Mol / 78,11 g = 0,679 mol

Mol (toluen): 52 g x 1 Mol / 92,14 g = 0,564 mol

Numărul total de moli: 0,679 + 0,564 = 1,243

Fracțiunea molară (benzen): 0,679 / 1,243 = 0,546

Fracția molară (toluen): 0,564 / 1,243 = 0,454

Rezolvați: P_soluție = P_benzenX_benzen + P_toluenX_toluen

P_soluție = (95,1 mm Hg) (0,546) + (28,4 mm Hg) (0,454)

P_soluție = 51,92 mm Hg + 12,89 mm Hg = 64,81 mm Hg

sfaturi

Pentru a putea folosi ecuația Clausius Clapeyron de mai sus, temperatura trebuie măsurată în Kelvin (indicată ca K). Dacă temperatura este dată în grade Celsius, atunci trebuie să convertiți aceasta cu următoarea formulă: T_k = 273 + T_c
Metodele de mai sus funcționează deoarece energia este direct proporțională cu cantitatea de căldură furnizată. Temperatura lichidului este singurul factor de mediu la care depinde presiunea de vapori.

Distribuiți pe rețelele sociale:

înrudit