Innehåll

• Steg
• Metod 1 av 3: Användning av Clapeyron-Clausius-ekvationen
• Metod 2 av 3: Beräkning av ångtryck i lösningar
• Metod 3 av 3: Beräkning av ångtryck i specialfall
• Tips

Har du någonsin lämnat en flaska vatten i flera timmar under stekande sol och hört ett "väsande" ljud när du öppnar den? Detta ljud orsakas av ångtryck. Inom kemi är ångtryck det tryck som utövas av ångan från en vätska som avdunstar i en hermetiskt tillsluten behållare. För att hitta ångtrycket vid en given temperatur, använd Clapeyron-Clausius-ekvationen: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Steg

Metod 1 av 3: Användning av Clapeyron-Clausius-ekvationen

1. 1 Skriv ner ekvationen Clapeyron-Clausius som används för att beräkna ångtrycket när det ändras över tiden. Denna formel kan användas för de flesta fysiska och kemiska problem. Ekvationen ser ut så här: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)), var:
   • AH_vap Är förångningens entalpi av vätskan. Det kan vanligtvis hittas i en tabell i kemi läroböcker.
   • R - gaskonstant lika med 8,314 J / (K × mol)
   • T1 är den initiala temperaturen (vid vilken ångtrycket är känt).
   • T2 är den slutliga temperaturen (vid vilken ångtrycket är okänt).
   • P1 och P2 - ångtryck vid temperaturerna T1 respektive T2.
2. 2 Ersätt värdena för de kvantiteter som du fått i Clapeyron-Clausius-ekvationen. De flesta problem ger två temperaturvärden och ett tryckvärde, eller två tryckvärden och ett temperaturvärde.
   • Till exempel innehåller ett kärl vätska vid en temperatur av 295 K, och dess ångtryck är 1 atmosfär (1 atm). Hitta ångtrycket vid 393 K. Här får du två temperaturer och ett tryck, så att du kan hitta ett annat tryck med hjälp av Clapeyron-Clausius-ekvationen. Genom att ersätta de värden som ges dig i formeln får du: ln (1 / P2) = (ΔH_vap/R) ((1/393) - (1/295)).
   • Observera att i Clapeyron-Clausius-ekvationen mäts temperaturen alltid i kelvin och tryck i vilken måttenhet som helst (men de måste vara desamma för P1 och P2).
3. 3 Ersätt konstanterna. Clapeyron-Clausius-ekvationen innehåller två konstanter: R och ΔH_vap... R är alltid 8,314 J / (K × mol). ΔH -värde_vap (förångningens entalpi) beror på ämnet, vars ångtryck du försöker hitta; denna konstant kan vanligtvis hittas i en tabell i kemi läroböcker eller på webbplatser (till exempel här).
   • I vårt exempel, låt oss säga att det finns vatten i kärlet. AH_vap vatten är lika med 40,65 kJ / mol eller lika med 40650 J / mol.
   • Anslut konstanterna till formeln och få: ln (1/P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 Lös ekvationen med hjälp av algebraiska operationer.
   • I vårt exempel är den okända variabeln under tecknet av den naturliga logaritmen (ln). För att bli av med den naturliga logaritmen, konvertera båda sidorna av ekvationen till kraften i den matematiska konstanten "e". Med andra ord, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Lös nu ekvationen:
   • 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. Detta är meningsfullt, eftersom höjning av temperaturen i ett hermetiskt tillslutet kärl med 100 grader kommer att öka förångningen, vilket kommer att öka ångtrycket avsevärt.

Metod 2 av 3: Beräkning av ångtryck i lösningar

1. 1 Skriv ner Raoults lag. I verkliga livet är rena vätskor sällsynta; vi hanterar ofta lösningar. En lösning görs genom att tillsätta en liten mängd av en viss kemikalie som kallas "löst" till en större mängd av en annan kemikalie som kallas "lösningsmedel". För lösningar, använd Raoults lag:P_lösning = P_{lösningsmedel}X_{lösningsmedel}, var:
   • P_lösning Är lösningens ångtryck.
   • P_{lösningsmedel} Är lösningsmedlets ångtryck.
   • X_{lösningsmedel} - molfraktionen av lösningsmedlet.
   • Om du inte vet vad en molfraktion är, läs vidare.
2. 2 Bestäm vilket ämne som kommer att vara lösningsmedlet och vilket som kommer att vara det lösta ämnet. Minns att ett löst ämne är ett ämne som löser sig i ett lösningsmedel, och ett lösningsmedel är ett ämne som löser upp ett löst ämne.
   • Tänk på ett sirapsexempel. För att få en sirap löses en del socker i en del vatten, så socker är ett löst ämne och vatten är ett lösningsmedel.
   • Observera att den kemiska formeln för sackaros (vanligt socker) är C₁₂H₂₂O₁₁... Vi kommer att behöva det i framtiden.
3. 3 Hitta temperaturen på lösningen, eftersom det kommer att påverka dess ångtryck. Ju högre temperatur, desto högre ångtryck, eftersom förångning ökar med stigande temperatur.
   • I vårt exempel, låt oss säga att sirapstemperaturen är 298 K (cirka 25 ° C).
4. 4 Hitta lösningsmedlets ångtryck. Ångtrycksvärden för många vanliga kemikalier anges i kemihandböcker, men dessa ges vanligtvis vid temperaturer på 25 ° C / 298 K eller vid kokpunkten. Om du får sådana temperaturer i problemet, använd värdena från referensböckerna; annars måste du beräkna ångtrycket vid en given temperatur av ämnet.
   • För att göra detta, använd Clapeyron-Clausius-ekvationen och ersätt ångtrycket och temperaturen 298 K (25 ° C) istället för P1 respektive T1.
   • I vårt exempel är temperaturen på lösningen 25 ° C, så använd värdet från referensborden - vattentrycket för vatten vid 25 ° C är 23,8 mmHg.
5. 5 Hitta molfraktionen av lösningsmedlet. För att göra detta, hitta förhållandet mellan antalet mol av ett ämne och det totala antalet mol av alla ämnen i lösningen. Med andra ord är molfraktionen av varje ämne (antal mol av ämnet) / (det totala antalet mol av alla ämnen).
   • Låt oss säga att du använde 1 liter vatten och 1 liter sackaros (socker) för att göra en sirap. I det här fallet är det nödvändigt att hitta antalet mol för varje ämne. För att göra detta måste du hitta massan av varje ämne och sedan använda molära massor av dessa ämnen för att få mol.
   • Vikt 1 liter vatten = 1000 g
   • Vikt på 1 liter socker = 1056,7 g
   • Mol (vatten): 1000 g × 1 mol / 18,015 g = 55,51 mol
   • Mol (sackaros): 1056,7 g × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 mol (observera att du kan hitta molmassan av sackaros från dess kemiska formel C₁₂H₂₂O₁₁).
   • Totalt antal mol: 55,51 + 3,08 = 58,59 mol
   • Molfraktion av vatten: 55,51 / 58,59 = 0,947.
6. 6 Anslut nu data och de hittade värdena för mängderna till Raoult -ekvationen som anges i början av detta avsnitt (P_lösning = P_{lösningsmedel}X_{lösningsmedel}).
   • I vårt exempel:
   • P_lösning = (23,8 mmHg) (0,947)
   • P_lösning = 22,54 mmHg Konst. Detta är meningsfullt, eftersom en liten mängd socker löses upp i en stor mängd vatten (mätt i mol; mängden är densamma i liter), så ångtrycket kommer att minska något.

Metod 3 av 3: Beräkning av ångtryck i specialfall

1. 1 Definition av standardvillkor. Ofta inom kemi används temperatur- och tryckvärden som ett slags "standard" -värde. Dessa värden kallas standardtemperatur och tryck (eller standardförhållanden). Vid ångtrycksproblem nämns ofta standardförhållanden, så det är bättre att komma ihåg standardvärdena:
   • Temperatur: 273,15 K / 0˚C / 32 F
   • Tryck: 760 mmHg / 1 atm / 101,325 kPa
2. 2 Skriv om ekvationen Clapeyron-Clausius för att hitta andra variabler. Det första avsnittet i denna artikel visade hur man beräknar ångtrycket för rena ämnen. Emellertid kräver inte alla problem att hitta trycket P1 eller P2; i många problem är det nödvändigt att beräkna temperaturen eller värdet på ΔH_vap... I sådana fall, skriva om ekvationen Clapeyron-Clausius genom att isolera det okända på ena sidan av ekvationen.
   • Till exempel, med tanke på en okänd vätska, vars ångtryck är 25 Torr vid 273 K och 150 Torr vid 325 K. Det är nödvändigt att hitta förångningens entalpi för denna vätska (det vill säga ΔH_vap). Lösningen på detta 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 Ersätt nu de angivna värdena för dig:
   • 8,314 J / (K × mol) × (-1,79) / (- 0,00059) = ΔH_vap
   • 8,314 J / (K × mol) × 3033,90 = AH_vap = 25223,83 J / mol
3. 3 Tänk på permeatens ångtryck. I vårt exempel från det andra avsnittet i denna artikel avdunstar inte det lösta ämnet - socker - men om det lösta ämnet producerar ånga (avdunstar) bör ångtrycket beaktas. För att göra detta, använd en modifierad form av Raoults ekvation: P_lösning = Σ (sid_ämneX_ämne), där symbolen Σ (sigma) betyder att det är nödvändigt att lägga till värdena för ångtrycket för alla ämnen som utgör lösningen.
   • Tänk till exempel på en lösning gjord av två kemikalier: bensen och toluen. Den totala volymen av lösningen är 120 milliliter (ml); 60 ml bensen och 60 ml toluen.Lösningstemperaturen är 25 ° C och ångtrycket vid 25 ° C är 95,1 mm Hg. för bensen och 28,4 mm Hg. för toluen. Det är nödvändigt att beräkna lösningens ångtryck. Vi kan göra detta med hjälp av ämnenas densiteter, deras molekylvikter och ångtrycksvärden:
   • Vikt (bensen): 60 ml = 0,06 l × 876,50 kg / 1000 l = 0,053 kg = 53 g
   • Massa (toluen): 0,06 L × 866,90 kg / 1000 L = 0,052 kg = 52 g
   • Mol (bensen): 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 (bensen): 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Molfraktion (toluen): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Lösning: P_lösning = P_bensenX_bensen + P_toluenX_toluen
   • P_lösning = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • P_lösning = 51,92 mm Hg. Konst. + 12,89 mm Hg. Konst. = 64,81 mmHg Konst.

Tips

• För att kunna använda Clapeyron Clausius -ekvationen måste temperaturen anges i grader Kelvin (betecknad med K). Om din temperatur anges i Celsius måste du konvertera den med följande formel: T_k = 273 + T_c
• Ovanstående metod fungerar eftersom energi är direkt proportionell mot värmemängden. Vätskans temperatur är den enda miljöfaktorn som påverkar ångtrycket.