Sisu

• Sammud
• Meetod 1 /3: Clapeyron-Clausius võrrandi kasutamine
• Meetod 2/3: aururõhu arvutamine lahustes
• Meetod 3/3: aururõhu arvutamine erijuhtudel
• Näpunäiteid

Kas olete kunagi jätnud pudelit vett mitmeks tunniks kõrvetava päikese alla ja kuulnud selle avamisel "susisevat" heli? Seda heli põhjustab aururõhk. Keemias on aururõhk rõhk, mida avaldab hermeetiliselt suletud anumas aurustuva vedeliku aur. Aururõhu leidmiseks antud temperatuuril kasutage Clapeyron-Clausius võrrandit: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Sammud

Meetod 1 /3: Clapeyron-Clausius võrrandi kasutamine

1. 1 Kirjutage üles Clapeyron-Clausius võrrand, mida kasutatakse aururõhu arvutamiseks, kui see aja jooksul muutub. Seda valemit saab kasutada enamiku füüsikaliste ja keemiliste probleemide korral. Võrrand näeb välja selline: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)), kus:
   • ΔH_vap Kas vedeliku aurustumise entalpia. Tavaliselt võib selle leida keemiaõpikute tabelist.
   • R - gaasikonstant 8,314 J / (K × mol)
   • T1 on algtemperatuur (mille juures aururõhk on teada).
   • T2 on lõplik temperatuur (mille juures aururõhk pole teada).
   • P1 ja P2 - aururõhk vastavalt temperatuuridel T1 ja T2.
2. 2 Asendage teile antud koguste väärtused Clapeyron-Clausius võrrandiga. Enamik probleeme annab kaks temperatuuri väärtust ja rõhu väärtust või kaks rõhuväärtust ja temperatuuri väärtuse.
   • Näiteks sisaldab anum vedelikku temperatuuril 295 K ja selle aururõhk on 1 atmosfäär (1 atm). Leidke aururõhk 393 K. Siin antakse teile kaks temperatuuri ja rõhk, nii et leiate erineva rõhu, kasutades Clapeyron-Clausius võrrandit. Asendades valemis antud väärtused, saate: ln (1 / P2) = (ΔH_vap/R) ((1/393) - (1/295)).
   • Pange tähele, et Clapeyron-Clausius võrrandis mõõdetakse temperatuuri alati kelvinites ja rõhku mis tahes mõõtühikus (kuid need peavad olema samad P1 ja P2 puhul).
3. 3 Asendage konstandid. Clapeyron-Clausius võrrand sisaldab kahte konstanti: R ja ΔH_vap... R on alati 8,314 J / (K × mol). ΔH väärtus_vap (aurustumise entalpia) sõltub ainest, mille aururõhku proovite leida; seda konstanti võib tavaliselt leida keemiaõpikute tabelist või veebisaitidelt (näiteks siit).
   • Meie näites oletame, et anumas on vett. ΔH_vap vesi on võrdne 40,65 kJ / mol või 40650 J / mol.
   • Ühendage konstandid valemiga ja saate: ln (1/P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 Lahendage võrrand algebraliste toimingute abil.
   • Meie näites on tundmatu muutuja loodusliku logaritmi (ln) märgi all. Looduslikust logaritmist vabanemiseks teisendage võrrandi mõlemad pooled matemaatilise konstandi "e" võimsuseks. Teisisõnu, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Nüüd lahendage võrrand:
   • 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. See on mõistlik, kuna temperatuuri tõstmine hermeetiliselt suletud anumas 100 kraadi võrra suurendab aurustumist, mis suurendab oluliselt aururõhku.

Meetod 2/3: aururõhu arvutamine lahustes

1. 1 Kirjutage üles Raoult'i seadus. Tegelikus elus on puhtaid vedelikke harva; tegeleme sageli lahendustega. Lahuse valmistamiseks lisatakse väike kogus teatud kemikaali, mida nimetatakse "lahustunud aineks", suuremale kogusele teisele kemikaalile, mida nimetatakse "lahustiks". Lahenduste puhul kasutage Raoult seadust:P_lahendus = P._lahustiX_lahusti, kus:
   • P_lahendus Kas lahuse aururõhk.
   • P_lahusti Kas lahusti aururõhk.
   • X_lahusti - lahusti mooliosa.
   • Kui te ei tea, mis on moolifraktsioon, lugege edasi.
2. 2 Tehke kindlaks, milline aine on lahusti ja milline lahustunud aine. Tuletame meelde, et lahustunud aine on aine, mis lahustub lahustis ja lahusti on aine, mis lahustab lahustunud aine.
   • Mõelge siirupi näitele. Siirupi saamiseks lahustatakse üks osa suhkrust ühes osas vees, seega on suhkur lahustunud aine ja vesi lahusti.
   • Pange tähele, et sahharoosi (tavalise suhkru) keemiline valem on C₁₂H₂₂O₁₁... Meil on seda tulevikus vaja.
3. 3 Leidke lahuse temperatuur, kuna see mõjutab selle aururõhku. Mida kõrgem on temperatuur, seda kõrgem on aururõhk, kuna aurustumine suureneb temperatuuri tõustes.
   • Meie näites oletame, et siirupi temperatuur on 298 K (umbes 25 ° C).
4. 4 Leidke lahusti aururõhk. Paljude tavaliste kemikaalide aururõhu väärtused on toodud keemia käsiraamatutes, kuid tavaliselt on need antud temperatuuril 25 ° C / 298 K või nende keemistemperatuuril. Kui probleemile antakse teile selliseid temperatuure, kasutage teatmeteoste väärtusi; vastasel juhul peate arvutama aururõhu aine antud temperatuuril.
   • Selleks kasutage Clapeyron-Clausius võrrandit, asendades aururõhu ja temperatuuri vastavalt 291 K (25 ° C) P1 ja T1 asemel.
   • Meie näites on lahuse temperatuur 25 ° C, seega kasutage võrdlustabelite väärtust - vee aururõhk temperatuuril 25 ° C on 23,8 mmHg.
5. 5 Leidke lahusti mooliosa. Selleks leidke aine moolide arvu suhe kõigi lahuses olevate ainete moolide koguarvuga. Teisisõnu, iga aine moolifraktsioon on (aine moolide arv) / (kõigi ainete moolide koguarv).
   • Oletame, et kasutasite siirupi valmistamiseks 1 liitrit vett ja 1 liitrit sahharoosi (suhkrut). Sellisel juhul on vaja leida iga aine moolide arv. Selleks peate leidma iga aine massi ja seejärel kasutama moolide saamiseks nende ainete molaarmassi.
   • 1 liitri vee kaal = 1000 g
   • 1 liitri suhkru kaal = 1056,7 g
   • Mool (vesi): 1000 g × 1 mol / 18,015 g = 55,51 mol
   • Mool (sahharoos): 1056,7 g × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 mol (pange tähele, et sahharoosi molaarmassi leiate selle keemilisest valemist C₁₂H₂₂O₁₁).
   • Moolide koguarv: 55,51 + 3,08 = 58,59 mol
   • Vee moolfraktsioon: 55,51 / 58,59 = 0,947.
6. 6 Nüüd ühendage andmed ja koguste leitud väärtused selle jaotise alguses antud Raoult 'võrrandisse (P_lahendus = P._lahustiX_lahusti).
   • Meie näites:
   • P_lahendus = (23,8 mmHg) (0,947)
   • P_lahendus = 22,54 mmHg Art. See on mõistlik, kuna väike kogus suhkrut lahustatakse suures koguses vett (kui mõõdetakse moolides; nende kogus on sama liitrites), seega aururõhk veidi väheneb.

Meetod 3/3: aururõhu arvutamine erijuhtudel

1. 1 Tüüptingimuste määratlus. Sageli kasutatakse keemias temperatuuri ja rõhu väärtusi omamoodi "vaikeväärtusena". Neid väärtusi nimetatakse standardseks temperatuuriks ja rõhuks (või standardtingimusteks). Aururõhuprobleemide korral mainitakse sageli standardtingimusi, seega on parem meeles pidada standardväärtusi:
   • Temperatuur: 273,15 K / 0˚C / 32 F
   • Rõhk: 760 mmHg / 1 atm / 101,325 kPa
2. 2 Teiste muutujate leidmiseks kirjutage Clapeyron-Clausius võrrand ümber. Selle artikli esimeses osas näidati, kuidas arvutada puhaste ainete aururõhku. Kuid mitte kõik probleemid ei nõua rõhu P1 või P2 leidmist; paljudes probleemides on vaja arvutada temperatuur või ΔH väärtus_vap... Sellistel juhtudel kirjutage Clapeyron-Clausius võrrand ümber, eraldades võrrandi ühel küljel tundmatu.
   • Näiteks arvestades tundmatut vedelikku, mille aururõhk on 273 K juures 25 Torr ja temperatuuril 325 K. 150 Torr. On vaja leida selle vedeliku aurustumise entalpia (st ΔH_vap). Selle probleemi lahendus:
   • 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 Nüüd asendage need väärtused teie jaoks:
   • 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 Mõelge läbilaskeava aururõhule. Meie näites selle artikli teisest lõigust lahustunud aine - suhkur - ei aurustu, kuid kui lahustunud aine toodab auru (aurustub), tuleks aururõhku arvesse võtta. Selleks kasutage Raoult 'võrrandi muudetud vormi: P_lahendus = Σ (lk_aineX_aine), kus sümbol Σ (sigma) tähendab, et on vaja lisada kõigi lahust moodustavate ainete aururõhu väärtused.
   • Näiteks kaaluge lahust, mis koosneb kahest kemikaalist: benseenist ja tolueenist. Lahuse kogumaht on 120 milliliitrit (ml); 60 ml benseeni ja 60 ml tolueeni.Lahuse temperatuur on 25 ° C ja aururõhk temperatuuril 25 ° C on 95,1 mm Hg. benseeni ja 28,4 mm Hg puhul. tolueeni jaoks. On vaja arvutada lahuse aururõhk. Seda saame teha ainete tiheduse, nende molekulmassi ja aururõhu väärtuste abil:
   • Kaal (benseen): 60 ml = 0,06 l × 876,50 kg / 1000 l = 0,053 kg = 53 g
   • Mass (tolueen): 0,06 l × 866,90 kg / 1000 l = 0,052 kg = 52 g
   • Mool (benseen): 53 g × 1 mol / 78,11 g = 0,679 mol
   • Mool (tolueen): 52 g × 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol
   • Moolide koguarv: 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Moolifraktsioon (benseen): 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Moolfraktsioon (tolueen): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Lahendus: P._lahendus = P._benseenX_benseen + P._tolueenX_tolueen
   • P_lahendus = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • P_lahendus = 51,92 mm Hg. Art. + 12,89 mm Hg. Art. = 64,81 mmHg Art.

Näpunäiteid

• Clapeyron Clausiuse võrrandi kasutamiseks tuleb temperatuur määrata Kelvini kraadides (tähistatud K -ga). Kui teie temperatuur on antud Celsiuse järgi, peate selle teisendama järgmise valemi abil: T_k = 273 + T._c
• Ülaltoodud meetod töötab, kuna energia on otseselt proportsionaalne soojushulgaga. Vedeliku temperatuur on ainus keskkonnategur, mis mõjutab aururõhku.