Գոլորշի ճնշման հաշվարկման 3 եղանակ

2024 Հեղինակ: Jason Gerald | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-02-01 14:13

Երբևէ մեկ շիշ ջուր տաք արևի տակ թողե՞լ եք մի քանի ժամ և բացելիս լսել եք թեթևակի «սուլոցի» ձայն: Դա պայմանավորված է մի սկզբունքով, որը կոչվում է գոլորշու ճնշում: Քիմիայում գոլորշու ճնշումը փակ կոնտեյների պատերի կողմից գործադրվող ճնշումն է, երբ դրանում քիմիական նյութը գոլորշիանում է (վերածվում է գազի): Տվյալ ջերմաստիճանում գոլորշու ճնշումը գտնելու համար օգտագործեք Կլաուսիուս-Կլապեյրոնի հավասարումը. ln (P1/P2) = (ΔH_{գոլորշի}/Հ) ((1/T2) - (1/T1)).

Քայլ

Մեթոդ 1-ից 3-ը ՝ Կլաուսիուս-Կլապեյրոնի հավասարման օգտագործումը

Քայլ 1. Գրեք Կլաուսիուս-Կլապեյրոնի հավասարումը:

Theամանակի ընթացքում գոլորշու ճնշման փոփոխությամբ գոլորշու ճնշումը հաշվարկելու համար օգտագործվող բանաձևը կոչվում է Կլաուսիուս -Կլապեյրոնի հավասարում (անվանվել է ֆիզիկոսներ Ռուդոլֆ Կլաուսիուսի և Բենուա Պոլ մղոն Կլապեյրոնի պատվին): Ֆիզիկայի և քիմիայի դասերին հաճախ հանդիպում են գոլորշու ճնշման վերաբերյալ հարցեր: Բանաձևն այսպիսին է. ln (P1/P2) = (ΔH_{գոլորշի}/Հ) ((1/T2) - (1/T1)). Այս բանաձևում փոփոխականները ներկայացնում են.

Հ_{գոլորշի}:

Հեղուկի գոլորշիացման էնթալպիա: Սովորաբար այս էնթալպիան կարելի է գտնել քիմիայի դասագրքի հետևի մասի աղյուսակում:
R:

Իրական/ունիվերսալ գազի հաստատուն, կամ 8.314 J/(K × մոլ):
Q1:

Theերմաստիճանը, որով հայտնի է գոլորշու ճնշումը (կամ նախնական ջերմաստիճանը):
T2:

Theերմաստիճանը, որի դեպքում գոլորշու ճնշումը անհայտ է/ցանկացել է գտնել (կամ վերջնական ջերմաստիճանը):
P1 և P2:

Գոլորշու ճնշումը համապատասխանաբար T1 և T2 ջերմաստիճաններում:

Քայլ 2. Մուտքագրեք ձեր իմացած փոփոխականները:

Կլաուսիուս-Կլապեյրոնի հավասարումը բարդ տեսք ունի, քանի որ այն ունի շատ տարբեր փոփոխականներ, բայց իրականում դա այնքան էլ դժվար չէ, եթե ճիշտ տեղեկատվություն ունենաս: Գոլորշու ճնշման հիմնական հիմնախնդիրները կներկայացնեն ջերմաստիճանի երկու արժեք և ճնշման մեկ արժեք կամ ճնշման երկու արժեք և ջերմաստիճանի մեկ արժեք. Երբ պարզեք դա, այս հավասարումը լուծելը շատ հեշտ է:

Օրինակ, ասեք, որ մեզ ասում են, որ մենք ունենք 295 K ջերմաստիճանում հեղուկով լի տարա, որի գոլորշու ճնշումը 1 մթնոլորտ է (ատմ): Մեր հարցն է. Ո՞րն է գոլորշու ճնշումը 393 K- ում: Մենք ունենք երկու ջերմաստիճանի և մեկ ճնշման արժեք, ուստի կարող ենք գտնել ճնշման մյուս արժեքները ՝ օգտագործելով Կլաուսիուս-Կլապեյրոնի հավասարումը: Միացնելով մեր փոփոխականները ՝ մենք ստանում ենք ln (1/P2) = (ΔH_{գոլորշի}/Ռ) ((1/393) - (1/295)).
Նկատի ունեցեք, որ Clausius-Clapeyron հավասարման համար դուք միշտ պետք է օգտագործեք ջերմաստիճանի արժեքը Քելվին. Դուք կարող եք օգտագործել ցանկացած ճնշման արժեք, քանի դեռ P1- ի և P2- ի արժեքները նույնն են:

Քայլ 3. Մուտքագրեք ձեր հաստատունները:

Կլաուսիուս-Կլապեյրոնի հավասարումը ունի երկու հաստատուն ՝ R և H_{գոլորշի}. R- ը միշտ հավասար է 8.314 J/(K × Mol): Այնուամենայնիվ, Հ_{գոլորշի} (գոլորշիացման էնթալպիան) կախված է այն նյութից, որի գոլորշու ճնշումը դուք փնտրում եք: Ինչպես նշվեց վերևում, դուք սովորաբար կարող եք գտնել H- ի արժեքները_{գոլորշի} քիմիայի կամ ֆիզիկայի դասագրքի հետևում կամ առցանց տարբեր նյութերի համար (ինչպես, օրինակ, այստեղ)

Մեր օրինակում, ենթադրենք, մեր հեղուկն է մաքուր ջուր:

Եթե աղյուսակում նայենք H- ի արժեքները_{գոլորշի}, գտնում ենք, որ Հ_{գոլորշի} մաքուր ջուրը կազմում է մոտ 40,65 Կ K/մոլ: Քանի որ մեր H արժեքը ջոուլների մեջ է, և ոչ թե կիլոջոուլների, մենք կարող ենք այն վերածել 40,650//մոլ:
Միացնելով մեր հաստատունները ՝ մենք ստանում ենք ln (1/P2) = (40,650/8, 314) ((1/393) - (1/295)).

Քայլ 4. Լուծիր հավասարումը:

Հաշվի մեջ ներառելով բոլոր փոփոխականները, բացի ձեր փնտրածից, անցեք հավասարման լուծմանը սովորական հանրահաշվի կանոնների համաձայն:

Մեր հավասարումը լուծելու միակ դժվար մասը (ln (1/P2) = (40,650/8, 314) ((1/393) - (1/295))) լուծում է բնական տեղեկամատյանը (ln): Բնական գրանցամատյանը հեռացնելու համար պարզապես օգտագործեք հավասարման երկու կողմերն էլ որպես մաթեմատիկական e հաստատունի ցուցիչներ: Այլ կերպ ասած, ln (x) = 2 → ե^{ln (x)} = ե² → x = e².
Հիմա եկեք լուծենք մեր հավասարումը.
ln (1/P2) = (40,650/8, 314) ((1/393) - (1/295))
ln (1/P2) = (4889, 34) (-0, 00084)
(1/P2) = էլ^{(-4, 107)}
1/P2 = 0.0165
P2 = 0.0165^-1 = 60, 76 ատմ.

Սա իմաստ ունի. Փակ տարայում ջերմաստիճանը գրեթե 100 աստիճանի բարձրացնելը (եռման կետից գրեթե 20 աստիճան բարձր) շատ գոլորշի կարտադրի ՝ արագորեն բարձրացնելով ճնշումը:

Մեթոդ 2 3 -ից. Գոլորշի ճնշում գտնել լուծված լուծույթով

Քայլ 1. Գրեք Ռաուլտի օրենքը:

Իրական կյանքում մենք հազվադեպ ենք աշխատում մաքուր հեղուկով. Սովորաբար մենք աշխատում ենք հեղուկի հետ, որը մի քանի տարբեր նյութերի խառնուրդ է: Առավել հաճախ օգտագործվող խառնուրդներից մի քանիսը պատրաստվում են լուծույթի պատրաստման համար լուծվող լուծույթ կոչվող որոշ քիմիական նյութի մի փոքր քանակությամբ լուծույթ լուծելով: Այս դեպքերում օգտակար է իմանալ Ռաուլտի օրենք կոչվող հավասարումը (ֆիզիկոս Ֆրանսուա-Մարի Ռաուլտի անունով), որը գրված է այսպես. Պ_{լուծված}= Պ_{վճարունակ}X_{վճարունակ}. Այս բանաձևում փոփոխականները ներկայացնում են.

Պ_{լուծված}:

Ամբողջ լուծույթի գոլորշու ճնշում (բոլոր տարրերը միասին)
Պ_{վճարունակ}:

Լուծող գոլորշու ճնշում
X_{վճարունակ}:

Լուծիչի մոլ բաժինը
Մի անհանգստացեք, եթե չգիտեք տերմիններ, ինչպիսիք են խլուրդի մասնիկը, մենք դրանք կբացատրենք հաջորդ մի քանի քայլերում:

Քայլ 2. Որոշեք ձեր լուծույթի լուծիչն ու լուծվածը:

Նախքան խառը հեղուկի գոլորշու ճնշումը հաշվարկելը, դուք պետք է որոշեք այն նյութերը, որոնք օգտագործում եք: Որպես հիշեցում, լուծումը ձևավորվում է, երբ լուծված նյութը լուծվում է լուծիչում. Քիմիական նյութը, որը լուծվում է, միշտ կոչվում է լուծվող նյութ, իսկ քիմիական նյութը, որը ստիպում է այն լուծարվել, միշտ կոչվում է լուծիչ:

Եկեք աշխատենք ՝ օգտագործելով այս բաժնի պարզ օրինակները ՝ մեր քննարկած հասկացությունները լուսաբանելու համար: Մեր օրինակի համար ասենք, որ մենք ցանկանում ենք գտնել շաքարի օշարակի գոլորշու ճնշումը: Ավանդաբար, շաքարի օշարակը ջրի լուծելի շաքար է (1: 1 հարաբերակցությամբ), ուստի կարող ենք դա ասել շաքարը մեր լուծված նյութն է, իսկ ջուրը `մեր լուծիչը:
Նշենք, որ սախարոզայի (սեղանի շաքար) քիմիական բանաձևը C է₁₂Հ₂₂Օ₁₁. Այս քիմիական բանաձևը շատ կարևոր կլինի:

Քայլ 3. Գտեք լուծույթի ջերմաստիճանը:

Ինչպես տեսանք վերևում գտնվող Clausius Clapeyron բաժնում, հեղուկի ջերմաստիճանը կազդի նրա գոլորշու ճնշման վրա: Ընդհանրապես, որքան բարձր է ջերմաստիճանը, այնքան մեծ է գոլորշու ճնշումը. Քանի որ ջերմաստիճանը բարձրանում է, ավելի շատ հեղուկ գոլորշիանալու է և գոլորշի է ձևավորվում ՝ մեծացնելով ճնշումը տարայի մեջ:

Մեր օրինակում, ասենք, այս պահին շաքարի օշարակի ջերմաստիճանն է 298 Կ (մոտ 25 C):

Քայլ 4. Գտեք լուծիչի գոլորշու ճնշումը:

Քիմիական տեղեկատու նյութերը սովորաբար ունեն գոլորշու ճնշման արժեքներ շատ հաճախ օգտագործվող նյութերի և միացությունների համար, սակայն ճնշման այդ արժեքները սովորաբար վավեր են միայն այն դեպքում, երբ նյութն ունի 25 C/298 K ջերմաստիճան կամ դրա եռման կետ: Եթե ձեր լուծույթն ունի այս ջերմաստիճաններից մեկը, կարող եք օգտագործել հղման արժեք, բայց եթե ոչ, ապա ձեզ հարկավոր է գտնել այդ ջերմաստիճանի գոլորշու ճնշումը:

Clausius -Clapeyron- ը կարող է օգնել. Օգտագործել համապատասխանաբար գոլորշու ճնշում և 298 K (25 C) համապատասխանաբար P1- ի և T1- ի համար:
Մեր օրինակում մեր խառնուրդի ջերմաստիճանը 25 C է, այնպես որ մենք կարող ենք հեշտությամբ օգտագործել մեր հեշտ տեղեկատու աղյուսակը: Մենք գիտենք, որ 25 C ջերմաստիճանում ջուրն ունի գոլորշու ճնշում 23,8 մմ HG

Քայլ 5. Գտեք ձեր լուծիչի մոլի բաժինը:

Վերջին բանը, որ մենք պետք է անենք, նախքան դա լուծելը, դա մեր լուծիչի մոլի մասնաբաժինը գտնելն է: Մոլի բաժինը գտնելը հեշտ է. Պարզապես փոխակերպեք ձեր միացությունները մոլի, այնուհետև գտեք յուրաքանչյուր միացության տոկոսը նյութի մոլերի ընդհանուր թվի մեջ: Այլ կերպ ասած, յուրաքանչյուր միացության մոլի բաժինը հավասար է (բարդության մոլ)/(նյութի մեջ մոլերի ընդհանուր քանակը):

Ենթադրենք, շաքարի օշարակի օգտագործման մեր բաղադրատոմսը 1 լիտր (L) ջուր և 1 լիտր սախարոզա (շաքար):

Այս դեպքում մենք պետք է գտնենք յուրաքանչյուր միացության մոլի քանակը: Դա անելու համար մենք կգտնենք յուրաքանչյուր միացության զանգվածը, այնուհետև նյութի մոլային զանգվածը կօգտագործենք այն խլերի վերածելու համար:
Massանգված (1 լ ջուր) ՝ 1000 գրամ (գ)
Massանգված (1 լ հում շաքար) ՝ մոտ 1,056, 8 գ
Խալեր (ջուր) ՝ 1000 գրամ × 1 մոլ/18.015 գ = 55.51 մոլ
Խալեր (սախարոզա) ՝ 1,056, 7 գրամ × 1 մոլ/342,2965 գ = 3,08 մոլ (նշեք, որ սախարոզայի մոլային զանգվածը կարող եք գտնել նրա քիմիական բանաձևից ՝ C₁₂Հ₂₂Օ₁₁.)
Ընդհանուր մոլեր `55.51 + 3.08 = 58.59 մոլ
Mրի մոլ բաժինը `55, 51/58, 59 = 0, 947

Քայլ 6. Ավարտեք:

Ի վերջո, մենք ունենք այն ամենը, ինչ մեզ անհրաժեշտ է մեր Ռաուլտի օրենքի հավասարումը լուծելու համար: Այս մասը շատ հեշտ է. Պարզապես միացրեք ձեր արժեքները փոփոխությունների համար ՝ պարզեցված Raoult's Law հավասարման մեջ, այս բաժնի սկզբում (Պ_{լուծված} = Պ_{վճարունակ}X_{վճարունակ}).

Մտնելով մեր արժեքները ՝ մենք ստանում ենք.
Պ_{լուծում} = (23.8 մմ Hg) (0, 947)
Պ_{լուծում} = 22.54 մմ ս.ս.

Արդյունքը տրամաբանական է. Խլուրդի առումով շատ քիչ շաքար է լուծարվում շատ ջրի մեջ (չնայած իրական առումով, երկու բաղադրիչներն էլ ունեն նույն ծավալը), ուստի գոլորշու ճնշումը միայն փոքր -ինչ կնվազի:

Մեթոդ 3 -ից 3 -ը. Հատուկ դեպքերում գոլորշու ճնշում գտնելը

Քայլ 1. carefulգույշ եղեք ստանդարտ ջերմաստիճանի և ճնշման պայմանների դեպքում:

Գիտնականները հաճախ օգտագործում են ջերմաստիճանի և ճնշման արժեքների մի շարք ՝ որպես հեշտ օգտագործման «ստանդարտ»: Այս արժեքները կոչվում են Ստանդարտ ջերմաստիճան և ճնշում (կամ STP): Գոլորշու ճնշման խնդիրները հաճախ վերաբերում են STP պայմաններին, ուստի կարևոր է հիշել այդ արժեքները: STP արժեքները սահմանվում են հետևյալ կերպ.

Երմաստիճանը: 273, 15 Կ / 0 C / 32 Ֆ
Նշում: 760 մմ Hg / 1 ատմ / 101, 325 կիլոպասկալ

Քայլ 2. Վերադասավորեք Կլաուսիուս-Կլապեյրոնի հավասարումը `մյուս փոփոխականները գտնելու համար:

Մաս 1 -ի մեր օրինակում մենք տեսանք, որ Կլաուսիուս -Կլապեյրոնի հավասարումը շատ օգտակար է մաքուր նյութերի գոլորշու ճնշումը գտնելու համար: Այնուամենայնիվ, ոչ բոլոր հարցերը կպահանջեն ձեզ փնտրել P1 կամ P2. Շատերը ձեզ կխնդրեն գտնել ջերմաստիճանի արժեքը կամ երբեմն նույնիսկ H արժեքը:_{գոլորշի}. Բարեբախտաբար, այս դեպքերում պատասխանը ճիշտ ստանալը պարզապես հավասարումը վերադասավորելու խնդիր է, որպեսզի այն փոփոխականները, որոնք ցանկանում ես լուծել, առանձին լինել հավասարության նշանի մի կողմում:

Օրինակ, ասենք, որ մենք ունենք անհայտ հեղուկ ՝ 25 torr գոլորշու ճնշմամբ 273 K- ում և 150 torr 325 K- ում, և ցանկանում ենք գտնել այս հեղուկի գոլորշիացման էնթալպիան (ΔH_{գոլորշի}): Մենք կարող ենք այն լուծել այսպես.
ln (P1/P2) = (ΔH_{գոլորշի}/Հ) ((1/T2) - (1/T1))
(ln (P1/P2))/((1/T2) - (1/T1)) = (ΔH_{գոլորշի}/Ռ)
R × (ln (P1/P2))/((1/T2) - (1/T1)) = H_{գոլորշի} Այժմ մենք մուտքագրում ենք մեր արժեքները.
8, 314 J/(K × Mol) (-1, 79)/(-0, 00059) = H_{գոլորշի}
8, 314 J/(K × Mol) × 3,033, 90 = H_{գոլորշի} = 25,223, 83//մոլ

Քայլ 3. Հաշվիր լուծված նյութի գոլորշու ճնշումը, երբ նյութը գոլորշի է արտադրում:

Մեր վերը նշված Raoult Օրենքի օրինակում, մեր լուծված նյութը ՝ շաքարը, ինքնաբերաբար որևէ ճնշում չի գործադրում նորմալ ջերմաստիճանի պայմաններում (մտածեք. Վերջին անգամ ե՞րբ եք տեսել, որ շաքարավազը գոլորշիացել է ձեր վերին պահարանում): Այնուամենայնիվ, երբ ձեր լուծված նյութը գոլորշիանալ, դա կազդի ձեր գոլորշու ճնշման վրա: Մենք դա հաշվարկում ենք ՝ օգտագործելով Ռաուլտի օրենքի հավասարման փոփոխված տարբերակը. Պ_{լուծում} = (Պ_բարդX_բարդ) Սիգմա (Σ) խորհրդանիշը նշանակում է, որ մեր պատասխանը ստանալու համար մեզ անհրաժեշտ է ընդամենը միացնել տարբեր միացությունների գոլորշու ճնշումները:

Օրինակ ՝ ասենք, որ մենք ունենք լուծույթ ՝ պատրաստված երկու քիմիական նյութերից ՝ բենզոլից և տոլուոլից: Լուծման ընդհանուր ծավալը 12 միլիլիտր է (մլ); 60 մլ բենզոլ և 60 մլ տոլուոլ: Լուծույթի ջերմաստիճանը 25 ° C է, և այդ քիմիական նյութերից յուրաքանչյուրի գոլորշու ճնշումը 25 ° C- ում `բենզոլի համար 95.1 մմ Hg և տոլուենի համար` 28.4 մմ Hg: Այս արժեքներով գտեք լուծույթի գոլորշու ճնշումը: Մենք կարող ենք դա անել հետևյալ կերպ ՝ օգտագործելով ստանդարտ խտության, մոլային զանգվածի և գոլորշու ճնշման արժեքները մեր երկու քիմիական նյութերի համար.
Massանգված (բենզոլ) `60 մլ = 0.060 լ և անգամ 876.50 կգ/1.000 լ = 0.053 կգ = 53 գ
Massանգված (տոլուոլ) `0,060 լ & անգամ 866, 90 կգ/1000 լ = 0,052 կգ = 52 գ
Մոլ (բենզոլ) `53 գ × 1 մոլ/78, 11 գ = 0.679 մոլ
Խալեր (տոլուոլ) `52 գ × 1 մոլ/92, 14 գ = 0.564 մոլ
Ընդհանուր մոլեր `0.679 + 0.564 = 1.243
Մոլի բաժին (բենզոլ) `0.679/1, 243 = 0.546
Մոլի բաժին (տոլուոլ) `0.564/1, 243 = 0.454
Լուծում ՝ Պ_{լուծում} = Պ_բենզոլX_բենզոլ + Պ_{տոլուոլ}X_{տոլուոլ}
Պ_{լուծում} = (95.1 մմ Hg) (0, 546) + (28.4 մմ Hg) (0, 454)
Պ_{լուծում} = 51.92 մմ Hg + 12.89 մմ Hg = 64, 81 մմ ս.ս

Խորհուրդներ

Վերը նշված Կլաուսիուս Կլապեյրոնի հավասարումը օգտագործելու համար ջերմաստիճանը պետք է չափել Կելվինում (գրված է որպես K): Եթե ունեք ջերմաստիճանը Celsius- ում, ապա այն պետք է փոխարկեք ՝ օգտագործելով հետևյալ բանաձևը. Տ_կ = 273 + Տ_գ
Վերոնշյալ մեթոդները կարող են օգտագործվել, քանի որ էներգիան ճշգրիտ համաչափ է կիրառվող ջերմության քանակին: Հեղուկի ջերմաստիճանը միակ շրջակա միջավայրի գործոնն է, որն ազդում է գոլորշու ճնշման վրա: