HodTari.com

Sådan beregnes damptryk

Har du efterladt en flaske vand i den brændende sol i et par timer, så hør en lille fløjte, når du åbner den igen? Dette fænomen er forårsaget af et kaldt princip damptryk

. I kemi er damptrykket det tryk, der udøves på væggene i en lukket beholder, når stoffet i den fordampes og omdanner til gas. For at finde ud af damptrykket ved en given temperatur, brug Clausius-Clapeyron ligningen: ln (P1 / P2) = (ΔHDamp/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

trin

Metode 1
Brug af Clausius-Clapeyron ligningen

Billedbetegnelse Beregn damptryk Trin 1
1
Skriv Clausius-Clapeyron ligningen. Formlen til beregning af damptrykket, givet en vis ændring i det eksisterende tryk kaldes Clausius-Clapeyron ligning (opkaldt efter den fysiske Rudolf Clausius Clapeyron og Benoit Paul Emile). Dette er normalt den formel der er nødvendig for at opdage de mest almindelige damptryksproblemer i fysik og kemi lærebøger. Det er skrevet som følger: ln (P1 / P2) = (ΔHDamp/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)). I denne formel refererer variablerne til følgende variabler:
  • DHDamp: Enthalpy af fordampning af væsken. Denne værdi kan sædvanligvis findes i et bord på bagsiden af ​​kemibøger.
  • R: Det faktiske gasformige indhold, eller 8,314 J / (K × mol).
  • T1: Temperaturen ved hvilken damptrykket er kendt (eller indledende temperatur).
  • T2: Den temperatur, hvorved damptrykket skal findes (eller den endelige temperatur).
  • P1 / P2: Damptryk ved henholdsvis temperaturerne T1 og T2.
  • Billedbetegnelse Beregn damptryk Trin 2
    2

    Video: Poiseulles lov (OPGAVE).avi

    Indtast de kendte variabler. Clausius-Clapeyron ligningen virker udfordrende i betragtning af det store antal forskellige variabler, men det er virkelig ikke svært, når der foreligger tilstrækkelig information. Den mest grundlæggende damptryk problemer vil give dig to værdier vedrørende temperatur og relativ tryk eller to på tryk og på temperaturen - da de er til stede, vil løse problemet være let.
    • Lad os f.eks. Sige, at vi har en beholder fyldt med væske ved en temperatur på 295 K, hvis damptryk svarer til 1 atm. Spørgsmålet er: Hvad er damptrykket ved en temperatur på 393 K?Vi har to værdier af temperatur og et tryk, så vi kan løse problemet med Clausius-Clapeyron ligningen. Indtastning af variablerne har vi: ln (1 / P2) = (ΔHDamp/ N) ((1/393) - (1/295))
    • Bemærk at i Clausius-Clapeyron ligningerne er det nødvendigt at indtaste temperaturværdier i grader Kelvin. Du kan bruge alle trykværdier, så længe de er i identiske enheder på P1 og P2.
  • Billedbetegnelse Beregn damptryk Trin 3
    3
    Indtast konstanterne. Clausius-Clapeyron ligningen indeholder to konstanter: R og ΔHDamp. R er altid lig med 8,314 J / (K × mol). Værdien af ​​ΔHDamp (fordampningens entalpy) afhænger dog af stoffet, hvis damptryk undersøges. Som nævnt tidligere kan du finde værdierne for ΔHDamp relateret til forskellige stoffer på bagsiden af ​​kemi eller fysik bøger, eller online (for eksempel, her).
    • I vores eksempel, lad os sige, at vores væske består af rent flydende vand. Hvis vi ser på et bord med værdier af ΔHDamp, vi vil opdage, at ΔHDamp vil være omtrent lig med 40,65 KJ / mol. Da vores værdi for H bruger joules, kan vi konvertere det nummer, der er fundet 40.650 J / mol.
    • Ved at indsætte konstanterne i vores ligning vil vi have: ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295)).
  • Billedbetegnelse Beregn damptryk Trin 4
    4
    Løs ligningen. Når du først har alle de variable, der er indtastet i ligningen, undtagen den, der skal opdages, fortsæt ved at løse det i overensstemmelse med reglerne for almindelig algebra.
    • Den eneste vanskelige del af ligningen - ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295)) - er at håndtere den naturlige logaritme (ln) For at annullere en naturlig logaritme skal du blot bruge begge sider af ligningen som en eksponent for den matematiske konstant og. Med andre ord: ln (x) = 2 → eln (x) = e2 → x = e2.
    • Lad os nu løse ligningen:
      • ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295))
      • ln (1 / P2) = (4,889,34) (- 0,00084)
      • (1 / P2) = e(-4,107)
      • 1 / P2 = 0,0165
      • P2 = 0,0165-1 = 60,76 atm. Dette giver mening - i en lukket beholder, denne temperaturstigning med næsten 100 grader (op til næsten 20 grader over kogepunktet for vand) skaber en enorm mængde af damp, en betydelig forøgelse af det indre tryk.

    • Metode 2
    Opdage damptrykket med opløste opløsninger

    Billedbetegnelse Beregn damptryk Trin 5
    1
    Skriv Raoults lov. I det virkelige liv er det sjældent at arbejde med en enkelt ren væske. Normalt handler vi om væsker sammensat af blandinger af forskellige sammensatte stoffer. Nogle af de mest almindelige af disse er skabt ved at opløse en lille mængde i et bestemt kemikalie kaldet opløst stof i store mængder af et kaldt kemikalie opløsningsmiddel, skabe en opløsning. I disse tilfælde er det nyttigt at kende en ligning kaldet Raoults lov (opkaldt efter fysikeren François-Marie Raoult), der ligner følgende: Popløsning = Popløsningsmiddel × Xopløsningsmiddel. I denne formel refererer variablerne til:
    • Popløsning: Damptrykket af hele opløsningen (alle komponenter kombineret).
    • Popløsningsmiddel: Damptrykket af opløsningsmidlet.
    • Xopløsningsmiddel: Den molære fraktion af opløsningsmidlet.
    • Bare rolig hvis du ikke kender udtryk som "mole fraktion" - de vil blive forklaret i de næste trin.
  • Billedbetegnelse Beregn damptryk Trin 6
    2
    Identificer opløsningsmidlet og opløsningen i din opløsning. Før du beregner damptrykket i en blandet væske, skal du identificere de stoffer, som du arbejder med. Det er vigtigt at huske, at en løsning dannes, når et opløst stof opløses i et opløsningsmiddel. Det opløste kemikalie er altid opløst, og det kemiske stof, som opløses, er altid opløsningsmidlet.
    • Vi vil arbejde gennem et simpelt eksempel for at illustrere de begreber, der skal diskuteres. Lad os sige, at vi sigter på at finde ud af damptrykket af en almindelig sirup. Traditionelt består dette stof af en del af sukker opløst i en del af vandet, så det sukkeret er opløst og vandet, opløsningsmidlet.
    • Bemærk, at den kemiske formel for saccharose (almindelig sukker) er C12H22den11. Det bliver vigtigt snart.
  • Billedbetegnelse Beregn damptryk Trin 7


    3
    Find temperaturen af ​​opløsningen. Som det ses i Clausius-Clapeyron-sektionen ovenfor vil temperaturen af ​​en væske påvirke dens damptryk. Generelt er jo højere temperaturen desto højere damptrykket - som temperaturen øges, desto mere væske vil fordampe, danner damp og øge fartøjets indre tryk.
    • I vores eksempel, lad os sige, at den nuværende temperatur af den fælles sirup er lig med 298 K (ca. 25 ° C).
  • Billedbetegnelse Beregn damptryk Trin 8
    4
    Find ud af damptrykket af opløsningsmidlet. Kemiske referencematerialer udviser generelt damptryksværdier for forskellige forbindelser og almindelige stoffer, men vil generelt blive præsenteret ved 25 ° C (298 K) eller ved deres kogepunkt. Hvis din løsning er i en af ​​disse temperaturer, kan du bruge referenceværdien. Hvis ikke, skal du finde ud af damptrykket ved din aktuelle temperatur.
    • Clausius-Clapeyron-forholdet kan hjælpe på dette tidspunkt - Brug referencet damptryk og 298 K (25 ° C) for henholdsvis P1 og T1.
    • I vores eksempel er blandingen ved 25 ° C, så vi kan bruge referencetabellerne. Vi finder ud af, at vandet ved 25 ° C har et damptryk svarende til 23,8 mm Hg.
  • Billedbetegnelse Beregn damptryk Trin 9
    5
    Find ud af den molære fraktion af dit opløsningsmiddel. Det sidste, der skal gøres inden opløsningen af ​​ligningen, er at finde den molære fraktion af vores opløsningsmiddel. At finde denne værdi er let: konverter kun komponenterne til mol og find derefter procentdelen af ​​det totale antal mol i stoffet, der er optaget af hver komponent. Med andre ord er hver molbrøk lig med: (mol komponent) / (totalt antal mol i stoffet).
    • Lad os sige, at vores opskrift på almindelig sirup bruger 1 liter vand og 1 liter saccharose (sukker). I dette tilfælde skal vi finde ud af antallet af mol af hvert stof. For at gøre dette er det nødvendigt at finde massen af ​​hver af dem og derefter bruge sin molære masse til at konvertere denne værdi til mol.
      • 1 liter vand: 1000 gram (g).
      • 1 liter pasta med almindeligt sukker: ca. 1,056,7 g.
      • Vandfaststoffer: 1000 g × 1 mol / 18,015 g = 55,51 mol.
      • Saccharose mol: 1,056,7 g × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 mol (bemærk at det er muligt udlede den molære masse af saccharose fra sin kemiske formel, C12H22den11).
      • Total mol: 55,51 + 3,08 = 58,59 mol.
      • Molær fraktion af vand: 55,51 / 58,59 = 0,947.
  • Billedbetegnelse Beregn damptryk Trin 10
    6
    Løs ligningen. Endelig har vi alt, hvad der er nødvendigt for at løse ligningen i Raoults lov. Denne del er overraskende let: Indtast kun værdierne for variablerne i den forenklede ligning, der findes i starten af ​​afsnittet: Popløsning = Popløsningsmiddel × Xopløsningsmiddel.
    • Ved at erstatte de nuværende værdier har vi:
      • Popløsning = (23,8 mm Hg) (0,947).
      • Popløsning = 22,54 mm Hg. Dette giver mening - på molær basis, er der kun lidt sukker opløst i rigeligt vand (selv om der i praksis, begge bestanddele har det samme volumen), således at damptrykket vil falde en smule.

    • Metode 3
    Opdage damptrykket i særlige tilfælde

    Billedbetegnelse Beregn damptryk Trin 11
    1
    Vær opmærksom på normale temperatur- og trykbetingelser. Forskere bruger ofte for nemheds skyld et "standardiseret" sæt værdier for temperatur og tryk. De hedder Normale temperatur- og trykbetingelser eller CNTP. Damptryksproblemer henviser normalt til CNTP-betingelserne, og det er ret praktisk at have disse værdier altid i hukommelsen. CNTP værdier er defineret som:
    • temperatur: 273,15 K / 0 ° C / 32 ° F.
    • tryk: 760 mm Hg / 1 atm / 101.325 kPa.
  • Billedbetegnelse Beregn damptryk Trin 12

    Video: Hvordan beregner man entalpi

    2
    Omregner Clausius-Clapeyron ligningen for at finde andre variabler. I vores eksempel bemærker vi i afsnit 1, at Clausius-Clapeyron ligningen er meget nyttig til at opdage damptrykket i forhold til rene stoffer. Ikke alle spørgsmål vil dog bede dig om at finde ud af værdien af ​​P1 eller P2 - mange ønsker dig at finde en temperaturværdi eller endda værdien af ​​ΔHDamp. Heldigvis, i disse tilfælde, for at få det rigtige svar, skal du blot omregne ligningen for kun at forlade variablen, der skal løses på den ene side af ligestillingen.
    • Antag for eksempel, at vi har en ukendt væske med damptryk svarende til 25 torr ved 273 K og lig med 150 torr ved 325 K, og vi ønsker at opdage fordampningen af ​​fordampning af denne væske (ΔHDamp). Vi kunne løse problemet som følger:
      • ln (P1 / P2) = (ΔHDamp/ R) ((1 / T2) - (1 / T1))
      • (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = (ΔHDamp/ R)
      • R × (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = ΔHDamp
    • Indtast nu værdierne:
      • 8,314 J / (K × Mol) × (-1,79) / (- 0,00059) = ΔHDamp
      • 8.314 J / (K × Mol) × 3.033.90 = ΔHDamp = 25.223,83 J / mol
  • Billedbetegnelse Beregn damptryk Trin 13
    3
    Tag hensyn til solvensens damptryk, når det producerer damp. I vores eksempel på Raoults lov ovenfor producerer opløst stof (sukker) ikke nogen egen damp ved normale temperaturer (tænk - hvornår så du en skål sukker fordampe på køkkenbordet?). Men når det opløste faktisk fordampes, dette vil påvirke dit damptryk. Vi vil tage højde for dette ved brug af en ændret version af Raoults lovlig ligning: Popløsning = Σ (skomponent × Xkomponent). Sigma (Σ) betyder, at vi skal opsummere alle de forskellige komponenters damptryk for at komme frem til svaret.
    • Lad os f.eks. Sige, at vi har en løsning bestående af to kemiske stoffer: benzen og toluen. Den samlede mængde af opløsningen er 120 ml (ml): 60 ml benzen og 60 ml toluen. Opløsningens temperatur er 25 oC, og damptrykket af hvert af disse stoffer ved 25 oC er lig med 95,1 mm Hg for benzen og 28,4 mm Hg for toluen . På baggrund af disse værdier skal du finde ud af opløsningens damptryk. Vi kan løse spørgsmålet som følger ved hjælp af standardværdier af tæthed, molærmasse og damptryk i forhold til de to stoffer:
      • Masse (benzen): 60 ml = 0,060 l × 876,5 kg / 1000 l = 0,053 kg = 53 g.
      • Masse (toluen): 0,060 l × 866,9 kg / 1000 l = 0,052 kg = 52 g.
      • Mols (benzen): 53 g × 1 mol / 78,11 g = 0,799 mol.
      • Mole (toluen): 52 g × 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol.
      • Samlede mol: 0,679 + 0,564 = 1,243.
      • Molær fraktion (benzen): 0,679 / 1,243 = 0,546.
      • Molær fraktion (toluen): 0,564 / 1,243 = 0,444.
    • Løs: Popløsning = Pbenzen × Xbenzen + Ptoluen × Xtoluen.
      • Popløsning = (95,1 mm Hg) (0,546) + (28,4 mm Hg) (0,444).
      • Popløsning = 51,92 mm Hg + 12,89 mm Hg = 64,81 mm Hg.

    • tips

    • For at anvende Clausius-Clapeyron ligningen ovenfor skal temperaturen måles i grader Kelvin (udtrykt i K). Hvis du har temperaturen i grader Celsius, skal du konvertere den med følgende formel: TK = 273 + TC.
    • De ovennævnte metoder virker, fordi energien er direkte proportional med mængden af ​​leveret varme. Væskens temperatur er den eneste miljøfaktor, som damptrykket afhænger af.
    Del på sociale netværk:

    Relaterede
    © 2024 HodTari.com