3 maniere om dampdruk te bereken

2024 Outeur: Jason Gerald | [email protected]. Laas verander: 2024-02-01 14:11

Het u al 'n paar uur 'n bottel water in die warm son gelaat en 'n effense "sis" geluid gehoor toe u dit oopmaak? Dit is te danke aan 'n beginsel wat dampdruk genoem word. In chemie is dampdruk die druk wat die mure van 'n geslote houer uitoefen wanneer die chemiese stof daarin verdamp (verander in 'n gas). Om die dampdruk by 'n gegewe temperatuur te bepaal, gebruik die Clausius-Clapeyron-vergelyking: ln (P1/P2) = (ΔH_stoom/R) ((1/T2) - (1/T1)).

Stap

Metode 1 van 3: Gebruik die Clausius-Clapeyron-vergelyking

Stap 1. Skryf die Clausius-Clapeyron-vergelyking neer

Die formule wat gebruik word om dampdruk te bereken met die verandering in dampdruk oor tyd, word die Clausius -Clapeyron -vergelyking genoem (vernoem na die fisici Rudolf Clausius en Benoît Paul mile Clapeyron.) Dit is basies die formule wat u nodig het om die meeste probleme op te los Dampdrukvrae word gereeld in fisika- en chemieklasse aangetref. Die formule is soos volg: ln (P1/P2) = (ΔH_stoom/R) ((1/T2) - (1/T1)). In hierdie formule verteenwoordig die veranderlikes:

• H._stoom:

  Die entalpie van verdamping van 'n vloeistof. Hierdie entalpie kan gewoonlik gevind word in die tabel agter in die chemiehandboek.

• R:

  Die werklike/universele gaskonstante, of 8,314 J/(K × Mol).

• V1:

  Die temperatuur waarteen die dampdruk bekend is (of aanvangstemperatuur).

• T2:

  Die temperatuur waarteen die dampdruk onbekend is/wou word (of die finale temperatuur).

• P1 en P2:

  Dampdruk by temperature onderskeidelik T1 en T2.

Stap 2. Voer die veranderlikes in wat u ken

Die Clausius-Clapeyron-vergelyking lyk ingewikkeld omdat dit baie verskillende veranderlikes het, maar dit is eintlik nie so moeilik as u die regte inligting het nie. Die meeste basiese dampdrukprobleme bevat twee waardes van temperatuur en een drukwaarde of twee druk- en een temperatuurwaarde - sodra u dit agtergekom het, is dit baie maklik om hierdie vergelyking op te los.

• Sê byvoorbeeld dat ons meegedeel word dat ons 'n houer vol vloeistof teen 295 K het waarvan die dampdruk 1 atmosfeer (atm) is. Ons vraag is: Wat is die dampdruk by 393 K? Ons het twee temperatuurwaardes en een drukwaarde, sodat ons die ander drukwaardes kan vind deur die Clausius-Clapeyron-vergelyking te gebruik. Deur ons veranderlikes in te sluit, kry ons ln (1/P2) = (ΔH_stoom/R) ((1/393) - (1/295)).
• Let daarop dat u die temperatuurwaarde altyd moet gebruik vir die Clausius-Clapeyron-vergelyking Kelvin. U kan enige drukwaarde gebruik solank die waardes vir P1 en P2 dieselfde is.

Stap 3. Voer jou konstantes in

Die Clausius-Clapeyron-vergelyking het twee konstantes: R en H_stoom. R is altyd gelyk aan 8.314 J/(K × Mol). Maar H._stoom (verdampingsentalpie) hang af van die stof waarvan u die dampdruk soek. Soos hierbo genoem, kan u gewoonlik die waardes van H vind_stoom vir verskillende stowwe agter in 'n handboek vir chemie of fisika, of aanlyn (soos byvoorbeeld hier.)

• In ons voorbeeld, veronderstel ons vloeistof is suiwer water.

  As ons in die tabel kyk na die waardes van H_stoom, vind ons dat H._stoom suiwer water is ongeveer 40,65 KJ/mol. Aangesien ons H -waarde in joules is, en nie kilojoules nie, kan ons dit omskakel na 40.650 J/mol.

• As ons ons konstantes inprop, kry ons dit ln (1/P2) = (40,650/8, 314) ((1/393) - (1/295)).

Stap 4. Los die vergelyking op

Nadat u al die veranderlikes in die vergelyking ingesluit het, behalwe die een waarna u op soek is, kan u die vergelyking volgens die reëls van gewone algebra oplos.

• Die enigste moeilike deel van die oplossing van ons vergelyking (ln (1/P2) = (40,650/8, 314) ((1/393) - (1/295))) is die oplossing van die natuurlike log (ln). Om die natuurlike log te verwyder, gebruik net beide kante van die vergelyking as eksponente vir die wiskundige konstante e. Met ander woorde, ln (x) = 2 → e^{ln (x)} = e² → x = e².

• Laat ons nou ons vergelyking oplos:
• ln (1/P2) = (40,650/8, 314) ((1/393) - (1/295))
• ln (1/P2) = (4889, 34) (-0, 00084)
• (1/P2) = e^{(-4, 107)}
• 1/P2 = 0,0165

• P2 = 0,0165^-1 = 60, 76 atm.

  Dit is logies - in 'n geslote houer sal die temperatuur tot byna 100 grade (tot byna 20 grade bo die kookpunt) baie stoom produseer, wat die druk vinnig verhoog.

Metode 2 van 3: vind dampdruk met opgeloste oplossing

Stap 1. Skryf die wet van Raoult neer

In die werklike lewe werk ons selde met 'n suiwer vloeistof - gewoonlik werk ons met 'n vloeistof wat 'n mengsel van verskillende stowwe is. Sommige van die mengsels wat die meeste gebruik word, word gemaak deur 'n klein hoeveelheid van 'n sekere chemikalie wat 'n opgeloste stof genoem word, op te los in baie chemikalieë wat 'n oplosmiddel genoem word om 'n oplossing te maak. In hierdie gevalle is dit nuttig om 'n vergelyking te ken, genaamd Raoult's Law (vernoem na die fisikus François-Marie Raoult), wat so geskryf is: Bl_opgeloste= P_oplosmiddelX_oplosmiddel. In hierdie formule verteenwoordig die veranderlikes;

• Bl_opgeloste:

  Dampdruk van die hele oplossing (al die elemente saam)

• Bl_oplosmiddel:

  Dampoplossing van oplosmiddels

• X_oplosmiddel:

  Molfraksie oplosmiddel

• Moenie bekommerd wees as u nie terme soos molbreuk ken nie - ons sal dit in die volgende paar stappe verduidelik.

Stap 2. Bepaal die oplosmiddel en opgeloste stof in u oplossing

Voordat u die dampdruk van 'n gemengde vloeistof kan bereken, moet u die stowwe identifiseer wat u gebruik. As 'n herinnering word 'n oplossing gevorm wanneer 'n opgeloste stof in 'n oplosmiddel oplos - die chemiese stof wat oplos word altyd die opgeloste stof genoem, en die chemiese stof wat dit laat oplos, word altyd die oplosmiddel genoem.

• Kom ons werk aan die hand van die eenvoudige voorbeelde in hierdie afdeling om die konsepte wat ons bespreek, te illustreer. Kom ons sê vir ons voorbeeld dat ons die dampdruk van suikerstroop wil vind. Suikerstroop is tradisioneel wateroplosbare suiker (verhouding 1: 1), so ons kan dit sê suiker is ons opgeloste stof en water is ons oplosmiddel.
• Let daarop dat die chemiese formule vir sukrose (tafelsuiker) C is₁₂H.₂₂O₁₁. Hierdie chemiese formule sal baie belangrik wees.

Stap 3. Bepaal die temperatuur van die oplossing

Soos ons in die Clausius Clapeyron -afdeling hierbo gesien het, sal die temperatuur van 'n vloeistof die dampdruk daarvan beïnvloed. Oor die algemeen, hoe hoër die temperatuur, hoe groter is die dampdruk - namate die temperatuur styg, sal meer vloeistof verdamp en damp vorm, wat die druk in die houer verhoog.

In ons voorbeeld, sê die temperatuur van die suikerstroop op hierdie punt 298 K (ongeveer 25 C).

Stap 4. Bepaal die dampdruk van die oplosmiddel

Chemiese verwysingsmateriaal het gewoonlik dampdrukwaardes vir baie algemeen gebruikte stowwe en verbindings, maar hierdie drukwaardes is gewoonlik slegs geldig as die stof 'n temperatuur van 25 C/298 K of sy kookpunt het. As u oplossing een van hierdie temperature het, kan u 'n verwysingswaarde gebruik, maar indien nie, moet u die dampdruk by die temperatuur bepaal.

• Die Clausius -Clapeyron kan help - gebruik 'n verwysingsdampdruk en 298 K (25 C) vir P1 en T1 onderskeidelik.
• In ons voorbeeld het ons mengsel 'n temperatuur van 25 C, sodat ons maklik ons maklike verwysingstabel kan gebruik. Ons weet dat water by 25 C 'n dampdruk van 23,8 mm HG

Stap 5. Vind die molfraksie van u oplosmiddel

Die laaste ding wat ons moet doen voordat ons dit kan oplos, is om die molfraksie van ons oplosmiddel te vind. Dit is maklik om die molfraksie te vind: omskep net u verbindings in mol, en vind dan die persentasie van elke verbinding in die totale aantal mol in die stof. Met ander woorde, die molfraksie van elke verbinding is gelyk aan (mol verbinding)/(totale aantal mol in stof).

• Veronderstel ons resep vir die gebruik van suikerstroop 1 liter (L) water en 1 liter sukrose (suiker).

  In hierdie geval moet ons die aantal mol van elke verbinding vind. Om dit te doen, vind ons die massa van elke verbinding en gebruik dan die molêre massa van die stof om dit in mol te omskep.

• Massa (1 liter water): 1000 gram (g)
• Massa (1 L ruwe suiker): Ongeveer 1 056, 8 g
• Mol (water): 1.000 gram × 1 mol/18.015 g = 55.51 mol
• Mol (sukrose): 1.056, 7 gram × 1 mol/342.2965 g = 3.08 mol (let op dat u die molêre massa van sukrose kan vind uit die chemiese formule, C₁₂H.₂₂O₁₁.)
• Totale mol: 55,51 + 3,08 = 58,59 mol
• Molfraksie water: 55, 51/58, 59 = 0, 947

Stap 6. Voltooi

Laastens het ons alles wat ons nodig het om ons Raoult's Law -vergelyking op te los. Hierdie deel is baie maklik: tik net u waardes in vir die veranderlikes in die vereenvoudigde Raoult's Law -vergelyking aan die begin van hierdie afdeling (Bl_opgeloste = P_oplosmiddelX_oplosmiddel).

• Deur ons waardes in te voer, kry ons:
• Bl_oplossing = (23,8 mm Hg) (0, 947)

• Bl_oplossing = 22,54 mm Hg.

  Die resultaat is sinvol - in molterme is daar baie min suiker opgelos in baie water (alhoewel in werklike terme, albei bestanddele het dieselfde volume), sodat die dampdruk slegs effens afneem.

Metode 3 van 3: Die vind van dampdruk in spesiale gevalle

Stap 1. Wees versigtig met die standaard temperatuur en druk toestande

Wetenskaplikes gebruik dikwels 'n stel temperatuur- en drukwaardes as 'n maklik om te gebruik 'standaard'. Hierdie waardes word standaardtemperatuur en druk (of STP) genoem. Dampdrukprobleme verwys dikwels na STP -toestande, daarom is dit belangrik om hierdie waardes te onthou. STP waardes word gedefinieer as:

• Temperatuur: 273, 15 K / 0 C / 32 F
• Druk: 760 mm Hg / 1 atm / 101, 325 kilopascal

Stap 2. Herrangskik die Clausius-Clapeyron-vergelyking om die ander veranderlikes te vind

In ons voorbeeld in deel 1, het ons gesien dat die Clausius -Clapeyron -vergelyking baie nuttig is om die dampdruk van suiwer stowwe te bepaal. Nie alle vrae sal u egter vra om na P1 of P2 te soek nie - baie sal u vra om die temperatuurwaarde of soms selfs die H -waarde te vind._stoom. Gelukkig is die antwoord in hierdie gevalle eenvoudig om die vergelyking te herrangskik sodat die veranderlikes wat u wil oplos, aan die een kant van die gelykteken afsonderlik is.

• Sê byvoorbeeld dat ons 'n onbekende vloeistof het met 'n dampdruk van 25 torr by 273 K en 150 torr by 325 K, en ons wil die entalpie van verdamping van hierdie vloeistof vind (ΔH_stoom). Ons kan dit so oplos:
• ln (P1/P2) = (ΔH_stoom/R) ((1/T2) - (1/T1))
• (ln (P1/P2))/((1/T2) - (1/T1)) = (ΔH_stoom/R)
• R × (ln (P1/P2))/((1/T2) - (1/T1)) = H_stoom Nou voer ons ons waardes in:
• 8, 314 J/(K × Mol) × (-1, 79)/(-0, 00059) = H_stoom
• 8, 314 J/(K × Mol) × 3.033, 90 = H_stoom = 25.223, 83 J/mol

Stap 3. Bereken die dampdruk van die opgeloste stof wanneer die stof damp produseer

In ons Raoult Law -voorbeeld hierbo oefen ons opgeloste stof, suiker, nie self druk uit nie by normale temperature (dink - wanneer laas het u 'n bak suiker in die boonste kas sien verdamp?) verdamp, sal dit u dampdruk beïnvloed. Ons verklaar dit deur 'n aangepaste weergawe van Raoult's Law -vergelyking te gebruik: Bl_oplossing = (Bl_saamgesteldeX_saamgestelde) Die simbool sigma (Σ) beteken dat ons slegs al die dampdruk van die verskillende verbindings moet optel om ons antwoord te kry.

• Byvoorbeeld, sê ons het 'n oplossing wat bestaan uit twee chemikalieë: benseen en tolueen. Die totale volume van die oplossing is 12 milliliter (ml); 60 ml benseen en 60 ml tolueen. Die temperatuur van die oplossing is 25 ° C en die dampdruk van elk van hierdie chemikalieë by 25 ° C is 95,1 mm Hg vir benseen en 28,4 mm Hg vir tolueen. Met hierdie waardes, vind die dampdruk van die oplossing. Ons kan dit soos volg doen deur gebruik te maak van standaard digtheid, molêre massa en dampdrukwaardes vir ons twee chemikalieë:
• Massa (benseen): 60 ml = 0,060 L & tye 876,50 kg/1,000 L = 0,053 kg = 53 g
• Massa (tolueen): 0,060 L & keer 866, 90 kg/1,000 L = 0,052 kg = 52 g
• Mol (benseen): 53 g × 1 mol/78, 11 g = 0,679 mol
• Mol (tolueen): 52 g × 1 mol/92, 14 g = 0,564 mol
• Totale mol: 0,679 + 0,564 = 1,243
• Molfraksie (benseen): 0,679/1, 243 = 0,546
• Molfraksie (tolueen): 0,564/1, 243 = 0,454
• Oplossing: P._oplossing = P_benseenX_benseen + Bl_tolueenX_tolueen
• Bl_oplossing = (95,1 mm Hg) (0, 546) + (28,4 mm Hg) (0, 454)
• Bl_oplossing = 51,92 mm Hg + 12,89 mm Hg = 64, 81 mm Hg

Wenke

• Om die Clausius Clapeyron -vergelyking hierbo te gebruik, moet temperatuur in Kelvin gemeet word (geskryf as K). As u die temperatuur in Celsius het, moet u dit omskakel met die volgende formule: T_k = 273 + T_c
• Bogenoemde metodes kan gebruik word omdat die energie presies eweredig is aan die hoeveelheid hitte wat toegedien word. Die temperatuur van die vloeistof is die enigste omgewingsfaktor wat die dampdruk beïnvloed.