Inhalt

• Schrëtt
• Berodung

Hutt Dir jeemools eng Fläsch Waasser an der Sonn fir e puer Stonnen hannerlooss, dann den Deckel opgemaach an e klenge "Pop" héieren? Dëse Sound ass wéinst Dampdrock an der Ursaach Fläsch. An der Chimie ass den Dampdrock den Drock, deen op d'Mauer vun engem zouene Behälter wierkt, well d'Flëssegkeet am Schëff verdampft (gëtt zu engem Gas). Fir den Dampdrock bei enger bekannter Temperatur ze fannen, benotzt d'Clausius-Clapeyron Equatioun: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Schrëtt

Method 1 vun 3: Benotzt d'Clauseius-Clapeyron Equatioun

1. 

   Schreift d'Clauseius-Clapeyron Equatioun. Wann Dir d'Verännerung vum Dampdrock mat der Zäit berécksiichtegt, ass d'Formel fir den Dampdrock ze berechnen d'Clausius-Clapeyron-Gleichung (benannt no de Physiker Rudolf Clausius a Benoît Paul Émile Clapeyron). Dëst ass eng allgemeng benotzt Formel fir allgemeng Dampdrockprobleemer an der Physik a Chimie ze léisen. D'Formel ass wéi folgend geschriwwen: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)). An dëser Formel representéieren d'Variabelen:
   • ΔH_vap: Verdampfung Enthalpie vu Flëssegkeeten. Dëse Wäert kann an der Tabell um Enn vun engem Chemie-Léierbuch fonnt ginn.
   • R: Ideal Gaskonstant a gläich 8,314 J / (K × Mol).
   • T1: D'Temperatur bei där den Dampdrock bekannt ass (initial Temperatur).
   • T2: D'Temperatur bei där den Dampdrock néideg ass (Endtemperatur).
   • P1 a P2: Den entspriechenden Dampdrock bei den Temperaturen T1 an T2.

2. 

   
   
   Ersatz bekannte Wäerter fir Verännerlechen. D'Clauseius-Clapeyron Equatioun gesäit zimlech komplizéiert aus well et vill verschidde Variabele gëtt, awer et ass net ze schwéier wann de Problem genuch Informatioune liwwert. Déi meescht Basis Dampdrock Probleemer ginn Iech zwee Temperaturwäerter an ee Wäert vum Drock oder zwee Wäerter vum Drock an ee Wäert vun der Temperatur - wann Dir dës Donnéeën hutt, ass et einfach ze léisen.
   • Stellt Iech zum Beispill vir, datt de Problem e Container vu Flëssegkeet bei 295 K a mat engem Dampdrock vun 1 Atmosphär (atm) ass. D'Fro ass: Wat ass den Dampdrock bei enger Temperatur vun 393 K? Mir hunn zwou Wäerter fir Temperatur an eng fir Drock, sou datt et méiglech ass fir de Rescht Drock mat der Clausius-Clapeyron Equatioun ze léisen. Wäerter a Variabelen ze setzen, hu mir ln (1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1/393) - (1/295)).
   • Fir d'Clausius-Clapeyron Equatioun musse mir ëmmer en Temperaturwäert benotzen Kelvin. Dir kënnt all Drockwäert benotzen, soulaang et an déiselwecht Eenheete fir béid P1 a P2 ass.

3. 

   
   
   Ersetzt d'Konstante. D'Claussius-Clapeyron Equatioun huet zwee Konstante: R an ΔH_vap. R ass ëmmer gläich wéi 8,314 J / (K × Mol). Wéi och ëmmer, ΔH_vap (onbestänneg Enthalpie) hänkt vun der Zort vaporiséierende Flëssegkeet of, déi vum Problem gëtt. Mat deem gesot, kënnt Dir ΔH Wäerter opkucken_vap vu ville Substanzen um Enn vun enger Chimie oder Physik Léierbuch, oder kuckt et online op (zum Beispill hei.)
   • Am Beispill hei uewen, unzehuelen datt d'Flëssegkeet ass reng Waasser. Wann an der Tabell Wäert H opkuckt_vap, mir hunn ΔH_vap vu gereinegtem Waasser ass ongeféier 40,65 kJ / mol. Well den H-Wäert joul Eenheete benotzt, musse mer en ëmsetzen 40.650 J / mol.
   • Konstanten an d'Gleichung setzen, hu mer ln (1 / P2) = (40.650 / 8.314) ((1/393) - (1/295)).

4. 

   
   
   Léist d'Equatioun. Nodeems Dir all d'Wäerter an d'Variabelen vun der Gleichung agefouert hutt, ausser fir d'Variabel déi mir berechnen, weider d'Gläichung nom normale algebraesche Prinzip ze léisen.
   • Den haardsten Punkt bei der Léisung vun der Gleichung (ln (1 / P2) = (40.650 / 8.314) ((1/393) - (1/295))) ass déi natierlech logarithmesch Funktioun (ln) Veraarbechtung. Fir déi natierlech Protokollfunktioun z'eliminéieren, benotzt déi zwou Säiten vun der Equatioun als Exponent vun der mathematescher Konstant e. An anere Wierder, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Loosst eis d'Beispillgläichung léisen:
   • 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. Dëse Wäert ass raisonnabel - an engem zouene Behälter, wann d'Temperatur ëm bal 100 Grad erhéicht gëtt (bis zu enger Temperatur ongeféier 20 Grad iwwer dem Kachpunkt vum Waasser) gëtt vill Damp generéiert, sou datt den Drock eropgeet. vill.
   Annonce

Method 2 vun 3: Fannt den Dampdrock vun der opgeléister Léisung

1. 

   Schreift dem Raoult säi Gesetz. Tatsächlech schaffe mir selten mat reng Flëssegkeeten - dacks musse mir mat Mëschunge vu ville verschiddene Substanze schaffen. E puer üblech Mëschunge ginn erstallt andeems se eng kleng Quantitéit vun engem Chemikalie genannt opléisen opgeléist an enger grousser Quantitéit vun anere Chemikalien genannt Léisungsmëttel ze bilden Léisung. An dësem Fall musse mir d'Gleichung fir dem Raoult säi Gesetz kennen (benannt nom Physiker François-Marie Raoult), dat sou ausgesäit: P_Léisung= P_{Léisungsmëttel}X_{Léisungsmëttel}. An dëser Formel representéieren d'Variabelen:
   • P_Léisung: Dampdrock vun all Léisung (all Léisungskomponenten)
   • P_{Léisungsmëttel}: Léisungsmëttel Dampdrock
   • X_{Léisungsmëttel}: Molare Fraktioun vum Léisungsmëttel.
   • Maacht Iech keng Suergen wann Dir de Begrëff "molare Deel" nach net kennt - mir erklären et an den nächste Schrëtt.

2. 

   Ënnerscheed Léisungsmëttel a Léisungsmëttel an der Léisung. Ier Dir den Dampdrock vun enger Léisung berechent, musst Dir d'Substanzen identifizéieren déi vum Problem ginn. Bedenkt datt eng Léisung geformt gëtt wann e Léisungsmëttel an engem Léisungsmëttel opgeléist gëtt - d'chemesch dat opgeléist ass ass ëmmer e Léisungsmëttel, an d'chemikalesch dat d'Aarbecht mécht ass de Léisungsmëttel.
   • An dëser Sektioun huele mir en einfach Beispill fir déi uewe genannte Konzepter ze illustréieren. Ugeholl mir wëlle den Dampdrock vun der Siropléisung fannen. Normalerweis gëtt Sirop aus engem Deel Zocker preparéiert an engem Deel Waasser opgeléist, dofir soe mir Zocker ass de opgeléiste a Waasser ass de Léisungsmëttel.
   • Notiz: d'chemesch Formel fir Saccharose (granuléiert Zocker) ass C₁₂H₂₂O₁₁. Dir fannt dës Informatioun ganz wichteg.

3. 

   Fannt d'Temperatur vun der Léisung. Wéi mir an der genannter Clausius Clapeyron Sektioun gesinn, wäert d'Temperatur vun der Flëssegkeet hiren Dampdrock beaflossen. Am Allgemengen, wat d'Temperatur méi héich ass, wat den Dampdrock méi héich ass - wann d'Temperatur eropgeet, wat méi Flëssegkeet verdampft an den Drock am Schëff erhéicht.
   • An dësem Beispill, unzehuelen déi aktuell Temperatur vum Sirop ass 298 K. (ongeféier 25 C).

4. 

   Fannt den Dampdrock vum Léisungsmëttel. Chemesch Referenze ginn normalerweis Dampdrockwäerter fir vill üblech Substanzen a Gemëschungen, awer meeschtens nëmmen Drockwäerter bei 25 ° C / 298 K oder bei der Kachpunkttemperatur. Wann Är Léisung dës Temperatur huet, da kënnt Dir e Referenzwert benotzen, soss musst Dir den Dampdrock bei der Ufankstemperatur vun der Léisung fannen.
   • D'Clauseius-Clapeyron Equatioun kann hei hëllefen, mat Drock an Temperatur 298 K (25 C) fir P1 an T1.
   • An dësem Beispill huet d'Mëschung eng Temperatur vu 25 ° C, sou datt mir eng Opsiichtstabelle benotze kënnen. Mir gesinn Waasser bei 25 ° C mat engem Dampdrock vun 23,8 mmHg

5. 

   Fannt d'molare Fraktioun vum Léisungsmëttel. Déi lescht Saach déi Dir maache musst ier Dir Resultater léist ass d'Molare Fraktioun vum Léisungsmëttel ze fannen. Dëst ass relativ einfach: konvertéiert d'Ingrediente just zu Mol, da fënns de Prozentsaz vun all de gesamte Mol vun der Mëschung. An anere Wierder, de molare Deel vun all Komponent ass gläich (Zuel Mol vun der Mëschung) / (Total Mol vun der Mëschung).
   • Ugeholl datt d'Rezept fir de Sirop ass 1 Liter (L) Waasser an 1 Liter Saccharose (Zocker). Da musse mir d'Zuel Mol vun all Zutat fannen. Fir dëst ze maachen, wäerte mir d'Masse vun all Komponent fannen, da benotzt d'molare Mass vun dëse Komponente fir Moles auszeschaffen.
   • Gewiicht (1 L Waasser): 1.000 Gramm (g)
   • Gewiicht (1 L réi Zocker): Ongeféier 1056,7 g
   • Zuel Mol (Waasser): 1.000 Gramm × 1 Mol / 18.015 g = 55,51 Mol
   • Mol (Zocker): 1.056,7 Gramm × 1 mol / 342.2965 g = 3.08 Mol (Bedenkt datt Dir d'Molermass vum Zocker aus senger chemescher Formel, C₁₂H₂₂O₁₁.)
   • Total Mol: 55,51 + 3,08 = 58,59 Mol
   • Molofschnëtt vu Waasser: 55,51 / 58,59 = 0,947

6. 

   Resultater léisen. Endlech hu mir genuch Daten fir d'Raoult Equatioun ze léisen. Dëst ass ganz einfach: Plug d'Wäerter an d'Variabelen vun der Raoult Theorem-Gleichung déi am Ufank vun dëser Sektioun erwähnt goufen (P_Léisung = P_{Léisungsmëttel}X_{Léisungsmëttel}).
   • Wäerter ersetzen, hu mir:
   • P_Léisung = (23,8 mmHg) (0,947)
   • P_Léisung = 22,54 mmHg. Dëst Resultat ass raisonnabel - a mol Begrëffer opléist nëmmen e bëssen Zocker a vill Waasser (och wann dës zwee tatsächlech déiselwecht Volumen sinn), sou datt den Dampdrock nëmmen e bëssen erofgeet.
   Annonce

Method 3 vun 3: Fannt Dampdrock a speziellen Fäll

1. 

   Identifizéiert Standard Drock an Temperatur Konditiounen. Wëssenschaftler benotzen dacks e puer Drock- an Temperaturwäerter als "Standard" Bedéngungen. Dës Wäerter ginn als Standarddrock an Temperatur bezeechent (kollektiv als Standardzoustand oder DKTC bezeechent). D'Dampdrockprobleemer bezéien sech oft op den DKTC, also sollt Dir dës Wäerter fir d'Bequemlechkeet memoriséieren. DKTC gëtt definéiert als:
   • Temperatur: 273,15 K / 0 C / 32 F
   • Drock: 760 mmHg / 1 ATM / 101.325 Kilopascal

2. 

   Wiesselt op d'Clausius-Clapeyron Equatioun fir aner Variabelen ze fannen. Am Beispill am Deel 1 gesi mir datt d'Clauseius-Clapeyron-Gleichung ganz effektiv ass wann et drëm geet den Dampdrock vu rengen Substanzen ze berechnen. Wéi och ëmmer, net all Probleemer erfuerderen P1 oder P2 ze fannen, awer vill Mol froen se souguer d'Temperatur oder souguer den ΔH Wäert ze fannen._vap. An dësem Fall, fir d'Äntwert ze fannen, musst Dir just d'Gleichung wiesselen, sou datt déi gewënschte Variabel op enger Säit vun der Gleichung ass, an all aner Variabelen op der anerer Säit.
   • Stellt zum Beispill vir datt et eng onbekannte Flëssegkeet mat engem Dampdrock vu 25 torr bei 273 K an 150 torr bei 325 K ass, a mir wëllen déi liichtflüchteg Enthalpie vun dëser Flëssegkeet fannen (ΔH_vap). Mir kënnen déi folgend léisen:
   • 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. Loosst eis d'Wäerter ersetzen:
   • 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. 

   Huelt den Dampdrock vun der Opléisung berécksiichtegt wéi et verdampft. Am uewe genannte Beispill vum Raoult Gesetz ass eis opgeléist Zocker sou datt se net alleng bei Raumtemperatur verdampft (mengt Dir hätt eng Schossel Zocker evaporéiert gesinn?). Wéi och ëmmer, wann d'Substanz opléist wierklech Wann et verdampft, wäert et den allgemengen Dampdrock vun der Léisung beaflossen. Mir berechnen dësen Drock mat der variabler Equatioun vum Raoult Gesetz: P_Léisung = Σ (P._ZutatX_Zutat). D'Symbol (Σ) heescht datt mir all Dampdrock vun de verschiddene Komponente mussen zesummerechnen fir eng Äntwert ze fannen.
   • Zum Beispill, loosst eis soen datt mir eng Léisung aus zwee Chemikalien hunn: Benzol an Toluen. De Gesamtvolumen vun der Léisung ass 120 ml; 60 ml Benzol a 60 ml Toluen. D'Léisungstemperatur ass 25 ° C an den Dampdrock vun all chemesche Bestanddeel bei 25 ° C ass 95,1 mmHg fir Benzol, an 28,4 mmHg fir Toluen. Fir déi gegebene Wäerter fannt Dir den Dampdrock vun der Léisung. Mir kënnen de Problem léisen andeems d'Dicht, d'molare Mass an den Dampdrock vun den zwou Chemikalien benotzt ginn:
   • Volumen (Benzen): 60 ml = 0,06 L × 876,50 kg / 1.000 L = 0,053 kg = 53 g
   • Gewiicht (Toluen): 0,06 L × 866,90 kg / 1.000 L = 0,052 kg = 52 g
   • Zuel Mol (Benzeen): 53 g × 1 Mol / 78,11 g = 0,679 Mol
   • Zuel Mol (Toluen): 52 g × 1 Mol / 92,14 g = 0,564 Mol
   • Total Mol: 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Molfraktioun (Benzol): 0.679 / 1.243 = 0.546
   • Molare Fraktioun (Toluen): 0.564 / 1.243 = 0.454
   • Resultater léisen: P._Léisung = P_benzenX_benzen + P_toluenX_toluen
   • P_Léisung = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • P_Léisung = 51,92 mmHg + 12,89 mmHg = 64,81 mmHg
   Annonce

Berodung

• Fir d'Clausius Clapeyron Equatioun hei uewen ze benotzen, musst Dir d'Temperatur op Kevin Eenheeten ëmsetzen (bezeechent duerch K). Wann Dir d'Temperatur am Celsius hutt, ännert se mat der folgender Formel: T_k = 273 + T_c
• Dir kënnt déi uewe genannte Methoden uwenden, well d'Energie entsprécht der Quantitéit ugeliwwerter Hëtzt. D'Temperatur vun der Flëssegkeet ass deen eenzegen Ëmweltfaktor deen den Dampdrock beaflosst.