MəZmun

• Addımlar
• Məsləhət

Heç bir neçə saat suda bir şüşə su qoyub qapağını açıb balaca bir “pop” eşitmisinizmi? Bu səs lazımdır buxar təzyiqi səbəb şüşədə. Kimyada buxar təzyiqi, qabdakı mayenin buxarlanmasına (qaza çevrilməsinə) görə qapalı bir qabın divarına təsir edən təzyiqdir. Məlum bir temperaturda buxar təzyiqini tapmaq üçün Clausius-Clapeyron tənliyini istifadə edin: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Addımlar

Metod 3-dən 1: Clausius-Clapeyron tənliyindən istifadə edin

1. 

   Clausius-Clapeyron tənliyini yazın. Zaman keçdikcə buxar təzyiqinin dəyişməsini nəzərdən keçirərkən buxar təzyiqinin hesablanması formulu Clausius-Clapeyron tənliyidir (fiziklər Rudolf Clausius və Benoît Paul Émile Clapeyronun adını daşıyır). Bu fizika və kimya sahələrində ümumi buxar təzyiqi problemlərini həll etmək üçün çox istifadə olunan bir düsturdur. Düstur aşağıdakı kimi yazılır: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)). Bu formulda dəyişənlər aşağıdakıları təmsil edir:
   • .H_vap: Mayelərin buxarlanma entalpiyası. Bu dəyər kimya dərsliyinin sonundakı cədvəldə tapıla bilər.
   • R: İdeal qaz sabit və 8,314 J / (K × Mol) -ə bərabərdir.
   • T1: Buxar təzyiqinin məlum olduğu temperatur (ilkin temperatur).
   • T2: Buxar təzyiqinin tələb olunduğu temperatur (son temperatur).
   • P1 və P2: T1 və T2 temperaturlarında müvafiq buxar təzyiqi.

2. 

   
   
   Dəyişənlər üçün bilinən dəyərləri əvəz edin. Clausius-Clapeyron tənliyi olduqca mürəkkəb görünür, çünki çox fərqli dəyişən var, lakin problem kifayət qədər məlumat verirsə, bu o qədər də çətin deyil. Ən əsas buxar təzyiqi problemləri sizə iki istilik və bir təzyiq dəyərini və ya iki təzyiq dəyərini və bir temperatur dəyərini verəcəkdir - bu məlumatları əldə etdikdən sonra həll etmək asandır.
   • Məsələn, problemin 295 K-dakı və 1 atmosfer (atm) buxar təzyiqinə sahib bir maye qabı üçün olduğunu düşünək. Sual budur: 393 K temperaturda buxar təzyiqi nə qədərdir? İstilik üçün iki, təzyiq üçün bir dəyərimiz var, buna görə Clausius-Clapeyron tənliyindən istifadə edərək qalan təzyiq üçün həll etmək mümkündür. Dəyişənlərə dəyərlər qoymaq, bizdə var ln (1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1/393) - (1/295)).
   • Clausius-Clapeyron tənliyi üçün hər zaman bir istilik dəyəri istifadə etməliyik Kelvin. Həm P1, həm də P2 üçün eyni vahidlərdə olduğu müddətdə istənilən təzyiq dəyərindən istifadə edə bilərsiniz.

3. 

   
   
   Sabitləri dəyişdirin. Clausius-Clapeyron tənliyi iki sabitə malikdir: R və ΔH_vap. R həmişə 8.314 J / (K × Mol) -ə bərabərdir. Lakin, ΔH_vap (uçucu entalpi) problemin verdiyi buxarlanan mayenin növündən asılıdır. Bununla birlikdə, ΔH dəyərlərinə baxa bilərsiniz_vap bir kimya və ya fizika dərsliyinin sonunda müxtəlif maddələrdən və ya onlayn olaraq axtarın (məsələn, burada.)
   • Yuxarıdakı nümunədə mayenin olduğunu düşünək təmiz su. Cədvəl dəyərinə baxsanız H_vap, bizdə ΔH var_vap təmizlənmiş sudan təxminən 40,65 kJ / mol. H dəyəri joul vahidlərindən istifadə etdiyindən, onu çevirməliyik 40,650 J / mol.
   • Sabitləri tənliyə qoyaraq bizdə var ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295)).

4. 

   
   
   Tənliyi həll edin. Hesabladığımız dəyişən istisna olmaqla, bütün dəyərləri tənliyin dəyişənlərinə daxil etdikdən sonra, adi cəbri prinsipə əsasən tənliyi həll etməyə davam edin.
   • Tənliyi həll edərkən ən çətin nöqtə (ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295))) təbii loqaritmik funksiyanın (ln) işlənməsidir. Təbii log funksiyasını aradan qaldırmaq üçün tənliyin hər iki tərəfini riyazi sabitinin göstəricisi kimi istifadə edin e. Başqa sözlə, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • İndi nümunənin tənliyini həll edək:
   • ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295))
   • ln (1 / P2) = (4,889.34) (- 0.00084)
   • (1 / P2) = e
   • 1 / P2 = 0.0165
   • P2 = 0.0165 = 60.76 atm. Bu dəyər məqbuldur - qapalı bir qabda, istilik demək olar ki, 100 dərəcə artırıldıqda (suyun qaynama nöqtəsindən təxminən 20 dərəcə bir temperatura qədər) çox buxar əmələ gəlir, buna görə təzyiq artacaq. çox.
   reklam

Metod 3-dən 2: Çözülmüş məhlulun buxar təzyiqini tapın

1. 

   Raoult Qanunu yazın. Əslində, nadir hallarda təmiz mayelərlə işləyirik - çox vaxt müxtəlif maddələrin qarışıqları ilə işləməliyik. Bəzi ümumi qarışıqlar az miqdarda kimyəvi maddənin əridilməsi ilə yaranır həll çox miqdarda digər kimyəvi maddələr deyilir Solvent formalaşdırmaq həll. Bu vəziyyətdə, Raoult Qanununun (fizik François-Marie Raoultun adını daşıyan) tənliyini bilməliyik, belə görünür: P_həll= S_SolventX_Solvent. Bu formulda dəyişənlər aşağıdakıları təmsil edir:
   • P_həll: Bütün məhlulun buxar təzyiqi (bütün həll komponentləri)
   • P_Solvent: Solvent buxar təzyiqi
   • X_Solvent: Solventin molar hissəsi.
   • Artıq "molar hissə" terminini bilmirsinizsə, narahat olmayın - bunu növbəti addımlarda izah edəcəyik.

2. 

   Solüsyon və həllediciləri ayırd edin. Bir həllin buxar təzyiqini hesablamadan əvvəl, problemin verdiyi maddələri müəyyənləşdirməlisiniz. Diqqət yetirin ki, bir həlledici bir həlledicidə həll olunduqda bir həll əmələ gəlir - həll olunan kimyəvi maddə hər zaman bir həll maddəsidir və işi yerinə yetirən kimyəvi maddə həlledicidir.
   • Bu hissədə yuxarıdakı anlayışları göstərmək üçün sadə bir nümunə götürəcəyik. Fərz edək ki, şərbət məhlulunun buxar təzyiqini tapmaq istəyirik. Ümumiyyətlə şərbət bir hissə suda həll olunmuş şəkərin bir hissəsindən hazırlanır, buna görə deyirik şəkər həll olunan və su həlledicidir.
   • Qeyd: saxaroza (dənəvər şəkər) kimyəvi formulu C-dir₁₂H₂₂O₁₁. Bu məlumatları çox vacib tapacaqsınız.

3. 

   Məhlulun temperaturunu tapın. Sözügedən Clausius Clapeyron hissəsində gördüyümüz kimi, mayenin temperaturu buxar təzyiqinə təsir edəcəkdir. Ümumiyyətlə, temperatur nə qədər yüksəkdirsə, buxar təzyiqi o qədər yüksəkdir - temperatur artdıqca maye daha çox buxarlanır və qabdakı təzyiqi artırır.
   • Bu nümunədə şərbətin cari temperaturunun olduğunu düşünək 298 K (təxminən 25 C).

4. 

   Solventin buxar təzyiqini tapın. Kimyəvi istinadlar ümumiyyətlə bir çox ümumi maddə və qarışıq üçün buxar təzyiqi dəyərləri verir, lakin ümumiyyətlə yalnız 25 ° C / 298 K və ya qaynama nöqtəsi temperaturundakı təzyiq dəyərləri üçün. Əgər məhlulunuz bu temperatura malikdirsə, onda bir istinad dəyəri istifadə edə bilərsiniz, əks halda məhlulun başlanğıc temperaturunda buxar təzyiqini tapmaq lazımdır.
   • Clausius-Clapeyron tənliyi, P1 və T1 üçün təzyiq və temperatur 298 K (25 C) istifadə edərək burada kömək edə bilər.
   • Bu nümunədə qarışığın 25 ° C temperaturu var, buna görə axtarış masasından istifadə edə bilərik. 25 ° C-də buxar təzyiqi ilə suyu görürük 23.8 mm civə sütunu

5. 

   Solventin molar hissəsini tapın. Nəticələri həll etməzdən əvvəl etməyiniz lazım olan son şey, həlledicinin molar hissəsini tapmaqdır. Bu olduqca asandır: yalnız maddələri mollara çevirin, sonra qarışığın ümumi mollarının hər birinin faizini tapın. Başqa sözlə, hər bir komponentin azı hissəsi bərabərdir (qarışığın mol sayı) / (qarışığın ümumi molu).
   • Şərbət üçün reseptin olduğunu düşünək 1 litr (L) su və 1 litr saxaroza (şəkər). Sonra hər bir maddənin mol sayını tapmaq lazımdır. Bunu etmək üçün, hər bir komponentin kütlələrini tapacağıq, sonra molların işlənməsi üçün bu komponentlərin molar kütləsindən istifadə edəcəyik.
   • Çəki (1 L su): 1000 qram (g)
   • Ağırlıq (1 L xam şəkər): Təxminən 1056,7 g
   • Mol (su) sayı: 1.000 qr × 1 mol / 18.015 g = 55.51 mol
   • Moles (şəkər): 1056,7 qr × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 mol (Qeyd edək ki, şəkərin molar kütləsini kimyəvi formulundan, C₁₂H₂₂O₁₁.)
   • Cəmi mol: 55.51 + 3.08 = 58.59 mol
   • Suyun molar hissəsi: 55.51 / 58.59 = 0,947

6. 

   Nəticələri həll edin. Nəhayət, Raoult tənliyini həll etmək üçün kifayət qədər məlumatımız var. Bu çox asandır: dəyərləri bu hissənin əvvəlində qeyd olunan Raoult Teoremi tənliyinin dəyişənlərinə daxil edin (P_həll = S_SolventX_Solvent).
   • Dəyərləri əvəz edərək bizdə var:
   • P_həll = (23,8 mm civə sütunu) (0,947)
   • P_həll = 22.54 mm civə sütunu. Bu nəticə məqsədəuyğundur - molyar baxımdan yalnız bir az şəkər çox suda həll olur (baxmayaraq ki, bu ikisi də eyni həcmdədir), buna görə buxar təzyiqi yalnız bir az düşəcəkdir.
   reklam

Metod 3-dən 3: Xüsusi hallarda buxar təzyiqini tapın

1. 

   Standart Təzyiq və İstilik şərtlərini müəyyənləşdirin. Alimlər tez-tez "standart" şərtlər olaraq bir cüt təzyiq və istilik dəyərindən istifadə edirlər. Bu dəyərlərə Standart Təzyiq və İstilik deyilir (toplu olaraq Standart Vəziyyət və ya DKTC olaraq adlandırılır). Buxar təzyiqi problemləri tez-tez DKTC-yə müraciət edir, buna görə rahatlıq üçün bu dəyərləri yadda saxlamalısınız. DKTC aşağıdakı kimi müəyyən edilir:
   • İstilik: 273.15 K / 0 C / 32 F
   • Təzyiq: 760 mm civə sütunu / 1 atm / 101.325 kilopaskal

2. 

   Digər dəyişənləri tapmaq üçün Clausius-Clapeyron tənliyinə keçin. Hissə 1-dəki nümunədə Clausius-Clapeyron tənliyinin təmiz maddələrin buxar təzyiqinin hesablanmasına gəldikdə çox təsirli olduğunu görürük. Bununla birlikdə, bütün problemlər P1 və ya P2-nin tapılmasını tələb etmir, lakin bir çox dəfə hətta temperaturu və ya ΔH dəyərini tapmağı xahiş edirlər._vap. Bu vəziyyətdə cavab tapmaq üçün tənliyi elə dəyişdirməlisiniz ki, istənilən dəyişən tənliyin bir tərəfində, digər bütün dəyişənlər digər tərəfdə olsun.
   • Məsələn, buxar təzyiqi 273 K-da 25 torr və 325 K-da 150 torr olan naməlum bir maye olduğunu düşünək və bu mayenin uçucu entalpiyasını tapmaq istəyirik (ΔH_vap). Aşağıdakıları həll edə bilərik:
   • 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. İndi dəyərləri əvəz edək:
   • 8.314 J / (K × Mol) × (-1.79) / (- 0.00059) = ΔH_vap
   • 8,314 J / (K × Mol) × 3,033.90 = ΔH_vap = 25.223.83 J / mol

3. 

   Buharlaşdıqda həll olunan maddənin buxar təzyiqini nəzərə alın. Yuxarıdakı Raoult Qanununun nümunəsində, həll olunan maddə şəkərdir, odur ki, otaq temperaturunda öz-özünə buxarlanmasın (düşünün ki, bir fincan şəkərin buxarlandığını görmüsünüzmü?). Ancaq maddə həll edildikdə həqiqətən Buxarlanırsa, məhlulun ümumi buxar təzyiqini təsir edəcəkdir. Bu təzyiqi Raoult Qanununun dəyişən tənliyindən istifadə edərək hesablayırıq: P_həll = Σ (S_{tərkib hissəsi}X_{tərkib hissəsi}). (Σ) işarəsi cavab tapmaq üçün fərqli komponentlərin bütün buxar təzyiqlərini toplamalı olduğumuz mənasını verir.
   • Məsələn, deyək ki, iki kimyəvi maddədən ibarət bir həll var: benzol və toluol. Solüsyonun ümumi həcmi 120 ml; 60 ml benzol və 60 ml toluol. Solüsyonun temperaturu 25 ° C, hər bir kimyəvi komponentin 25 ° C-də buxar təzyiqi benzol üçün 95.1 mmHg, toluen üçün 28.4 mmHg. Verilən dəyərlər üçün məhlulun buxar təzyiqini tapın. Problemi iki kimyəvi maddənin sıxlığı, molar kütləsi və buxar təzyiqi istifadə edərək həll edə bilərik:
   • Həcm (benzol): 60 ml = 0.06 L × 876.50 kq / 1.000 L = 0.053 kq = 53 q
   • Ağırlıq (toluen): 0.06 L × 866.90 kq / 1.000 L = 0.052 kq = 52 q
   • Molların sayı (benzol): 53 g × 1 mol / 78.11 g = 0.679 mol
   • Mollərin sayı (toluen): 52 g × 1 mol / 92.14 g = 0.564 mol
   • Cəmi mol: 0.679 + 0.564 = 1.243
   • Molar fraksiya (benzol): 0.679 / 1.243 = 0.546
   • Molar fraksiya (toluen): 0.564 / 1.243 = 0.454
   • Nəticələri həll edin: S_həll = P_benzolX_benzol + S_toluenX_toluen
   • P_həll = (95.1 mmHg) (0.546) + (28.4 mmHg) (0.454)
   • P_həll = 51.92 mmHg + 12.89 mmHg = 64.81 mm civə sütunu
   reklam

Məsləhət

• Yuxarıdakı Clausius Clapeyron tənliyini istifadə etmək üçün temperaturu Kevin vahidlərinə çevirməlisiniz (K ilə qeyd olunur). İstiliyin Selsi ilə müqayisədə aşağıdakı düsturla dəyişdirin: T_k = 273 + T_c
• Enerji verilən istilik miqdarı ilə mütənasib olduğundan yuxarıdakı metodları tətbiq edə bilərsiniz. Mayenin temperaturu buxar təzyiqini təsir edən yeganə ətraf mühitdir.