المحتوى

• خطوات
• النصيحة

هل سبق لك أن تركت زجاجة ماء في الشمس لبضع ساعات ، ثم فتحت الغطاء وسمعت "فرقعة" صغيرة؟ هذا الصوت مستحق ضغط البخار في زجاجة السبب. في الكيمياء ، ضغط البخار هو الضغط الذي يعمل على جدار وعاء مغلق حيث يتبخر السائل الموجود في الوعاء (يتحول إلى غاز). لإيجاد ضغط البخار عند درجة حرارة معروفة ، استخدم معادلة كلاوزيوس وكلابيرون: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ ص) ((1 / T2) - (1 / T1)).

خطوات

طريقة 1 من 3: استخدم معادلة كلاوزيوس وكلابيرون

1. 

   اكتب معادلة كلاوزيوس وكلابيرون. عند التفكير في تغيير ضغط البخار بمرور الوقت ، فإن صيغة حساب ضغط البخار هي معادلة Clausius-Clapeyron (التي سميت على اسم الفيزيائيين Rudolf Clausius و Benoît Paul Émile Clapeyron). هذه صيغة شائعة الاستخدام لحل مشاكل ضغط البخار الشائعة في الفيزياء والكيمياء. الصيغة مكتوبة على النحو التالي: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ ص) ((1 / T2) - (1 / T1)). في هذه الصيغة ، المتغيرات تمثل:
   • ΔH_vap: المحتوى الحراري للتبخر للسائل. يمكن العثور على هذه القيمة في الجدول الموجود في نهاية كتاب الكيمياء.
   • R: ثابت الغاز المثالي ويساوي 8314 جول / (ك × مول).
   • T1: درجة الحرارة التي يُعرف عندها ضغط البخار (درجة الحرارة الأولية).
   • T2: درجة الحرارة المطلوبة لضغط البخار (درجة الحرارة النهائية).
   • P1 و P2: ضغط البخار المقابل عند درجات الحرارة T1 و T2.

2. 

   
   
   استبدل القيم المعروفة للمتغيرات. تبدو معادلة Clausius-Clapeyron معقدة للغاية نظرًا لوجود العديد من المتغيرات المختلفة ، ولكنها ليست صعبة للغاية إذا كانت المشكلة توفر معلومات كافية. ستمنحك أبسط مشاكل ضغط البخار قيمتين لدرجة الحرارة وقيمة واحدة للضغط أو قيمتين للضغط وقيمة واحدة لدرجة الحرارة - بمجرد حصولك على هذه البيانات يصبح من السهل حلها.
   • على سبيل المثال ، لنفترض أن المشكلة تتعلق بحاوية سائل عند 295 كلفن وضغط بخار يبلغ 1 جو (atm). السؤال هو: ما هو ضغط البخار عند درجة حرارة 393 كلفن؟ لدينا قيمتان لدرجة الحرارة وواحدة للضغط ، لذلك من الممكن حل الضغط المتبقي باستخدام معادلة كلاوزيوس وكلابيرون. وضع القيم في المتغيرات ، لدينا ln (1 / P2) = (ΔH_vap/ ص) ((1/393) - (1/295)).
   • بالنسبة إلى معادلة كلاوزيوس وكلابيرون ، يجب علينا دائمًا استخدام قيمة درجة الحرارة كلفن. يمكنك استخدام أي قيمة ضغط ، طالما أنها في نفس الوحدات لكل من P1 و P2.

3. 

   
   
   استبدل الثوابت. تحتوي معادلة كلاوزيوس وكلابيرون على ثابتين: R و ΔH_vap. R تساوي دائمًا 8،314 J / (K × Mol). ومع ذلك ، ΔH_vap (المحتوى الحراري المتطاير) يعتمد على نوع السائل المتبخر الناتج عن المشكلة. مع ذلك ، يمكنك البحث عن قيم ΔH_vap مجموعة متنوعة من المواد في نهاية كتاب الكيمياء أو الفيزياء ، أو ابحث عنها عبر الإنترنت (على سبيل المثال هنا.)
   • في المثال أعلاه ، افترض أن السائل هو ماء نقي. إذا بحث في الجدول القيمة H_vap، لدينا ΔH_vap من المياه النقية حوالي 40.65 كيلوجول / مول. نظرًا لأن القيمة H تستخدم وحدات الجول ، يتعين علينا تحويلها إلى 40650 جول / مول.
   • وضع الثوابت في المعادلة ، لدينا ln (1 / P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).

4. 

   
   
   حل المعادلة. بعد إدخال جميع القيم في متغيرات المعادلة ، باستثناء المتغير الذي نحسبه ، استمر في حل المعادلة وفقًا للمبدأ الجبر المعتاد.
   • أصعب نقطة عند حل المعادلة (ln (1 / P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295))) هي معالجة الدالة اللوغاريتمية الطبيعية (ln). للتخلص من دالة اللوغاريتم الطبيعي ، استخدم طرفي المعادلة كأسس للثابت الرياضي ه. بعبارات أخرى، ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • لنحل الآن معادلة المثال:
   • ln (1 / P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295))
   • ln (1 / P2) = (4889.34) (- 0.00084)
   • (1 / P2) = البريد
   • 1 / P2 = 0.0165
   • P2 = 0.0165 = 60.76 أجهزة الصراف الآلي. هذه القيمة معقولة - في وعاء مغلق ، عندما تزداد درجة الحرارة بما يقرب من 100 درجة (إلى درجة حرارة تقارب 20 درجة فوق نقطة غليان الماء) يتولد الكثير من البخار ، وبالتالي سيزداد الضغط كثير.
   الإعلانات

الطريقة 2 من 3: أوجد ضغط بخار المحلول المذاب

1. 

   اكتب قانون راولت. في الواقع ، نادرًا ما نعمل مع السوائل النقية - غالبًا ما يتعين علينا العمل مع خليط من العديد من المواد المختلفة. يتم إنشاء بعض الخلطات الشائعة عن طريق إذابة كمية صغيرة من مادة كيميائية تسمى المذاب في كمية كبيرة من المواد الكيميائية الأخرى تسمى مذيب لتشكيل المحلول. في هذه الحالة ، نحتاج إلى معرفة معادلة قانون رولت (التي سميت على اسم الفيزيائي فرانسوا ماري راولت) ، والتي تبدو كالتالي: ص_{المحلول}= ص_مذيبX_مذيب. في هذه الصيغة ، المتغيرات تمثل:
   • ص_{المحلول}: ضغط البخار لكل المحلول (كل مكونات المحلول)
   • ص_مذيب: ضغط بخار المذيب
   • X_مذيب: الكسر المولي للمذيب.
   • لا تقلق إذا كنت لا تعرف بالفعل مصطلح "الجزء المولي" - سنشرح ذلك في الخطوات التالية.

2. 

   التمييز بين المذيبات والمذيبات في المحلول. قبل أن تحسب ضغط بخار المحلول ، تحتاج إلى تحديد المواد التي تُعطيها المشكلة. لاحظ أن المحلول يتكون عندما يذوب المذيب في مذيب - المادة الكيميائية المذابة هي دائمًا مادة مذابة ، والمادة الكيميائية التي تؤدي المهمة هي المذيب.
   • في هذا القسم سوف نأخذ مثالاً بسيطًا لتوضيح المفاهيم المذكورة أعلاه. افترض أننا نريد إيجاد ضغط بخار محلول الشراب. عادة يتم تحضير الشراب من جزء واحد من السكر مذاب في جزء واحد من الماء ، ومن هنا نقول السكر مذاب والماء مذيب.
   • ملحوظة: الصيغة الكيميائية للسكروز (حبيبات السكر) هي C₁₂ح₂₂ا₁₁. سوف تجد هذه المعلومات مهمة جدا.

3. 

   أوجد درجة حرارة المحلول. كما نرى في قسم Clausius Clapeyron المذكور أعلاه ، ستؤثر درجة حرارة السائل على ضغط البخار. بشكل عام ، كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زاد ضغط البخار - كلما زادت درجة الحرارة ، يتبخر السائل ويزيد الضغط في الوعاء.
   • في هذا المثال ، افترض أن درجة الحرارة الحالية للشراب هي 298 ك (حوالي 25 ج).

4. 

   أوجد ضغط بخار المذيب. تعطي المراجع الكيميائية عادةً قيم ضغط البخار للعديد من المواد والمخاليط الشائعة ، ولكن بشكل عام قيم الضغط فقط عند 25 درجة مئوية / 298 كلفن أو عند درجة حرارة نقطة الغليان. إذا كان الحل الخاص بك يحتوي على درجة الحرارة هذه ، فيمكنك استخدام قيمة مرجعية ، وإلا فإنك تحتاج إلى إيجاد ضغط البخار عند درجة الحرارة الأولية للمحلول.
   • يمكن أن تساعد معادلة كلاوزيوس-كلابيرون هنا ، باستخدام الضغط ودرجة الحرارة 298 كلفن (25 درجة مئوية) لـ P1 و T1.
   • في هذا المثال ، تبلغ درجة حرارة الخليط 25 درجة مئوية لذا يمكننا استخدام جدول بحث. نرى الماء عند 25 درجة مئوية مع ضغط بخار يبلغ 23.8 مم زئبق

5. 

   أوجد الكسر المولي للمذيب. آخر شيء عليك القيام به قبل حل النتائج هو إيجاد الكسر المولي للمذيب. هذا سهل جدًا: فقط قم بتحويل المكونات إلى مولات ، ثم ابحث عن النسبة المئوية لكل من إجمالي عدد مولات الخليط. بمعنى آخر ، الجزء المولي لكل مكون متساوي (عدد مولات المكون) / (إجمالي مولات الخليط).
   • افترض أن وصفة الشراب هي 1 لتر ماء و 1 لتر سكروز (سكر). ثم علينا إيجاد عدد مولات كل مكون. للقيام بذلك ، سنجد كتل كل مكون ، ثم نستخدم الكتلة المولية لتلك المكونات لحساب عدد المولات.
   • الوزن (1 لتر ماء): 1000 جرام (جرام)
   • الوزن (1 لتر من السكر الخام): 1056.7 جم تقريبًا
   • عدد المولات (الماء): 1000 جرام × 1 مول / 18015 جرام = 55.51 مول
   • عدد المولات (السكر): 1056.7 جرام × 1 مول / 342.2965 جم = 3.08 مول (لاحظ أنه يمكنك إيجاد الكتلة المولية للسكر من صيغته الكيميائية ، C₁₂ح₂₂ا₁₁.)
   • مجموع الشامات: 55.51 + 3.08 = 58.59 مول
   • الجزء المولي من الماء: 55.51 / 58.59 = 0,947

6. 

   حل النتائج. أخيرًا ، لدينا بيانات كافية لحل معادلة راولت. هذا سهل للغاية: أدخل القيم في متغيرات معادلة نظرية راولت المذكورة في بداية هذا القسم (ص_{المحلول} = ص_مذيبX_مذيب).
   • باستبدال القيم ، لدينا:
   • ص_{المحلول} = (23.8 مم زئبق) (0.947)
   • ص_{المحلول} = 22.54 مم زئبق. هذه النتيجة معقولة - من الناحية الجزيئية يذوب القليل من السكر في الكثير من الماء (على الرغم من أن هذين هما في الواقع نفس الحجم) ، وبالتالي فإن ضغط البخار سينخفض ​​قليلاً فقط.
   الإعلانات

طريقة 3 من 3: البحث عن ضغط البخار في حالات خاصة

1. 

   تحديد ظروف الضغط ودرجة الحرارة القياسية. غالبًا ما يستخدم العلماء زوجًا من قيم الضغط ودرجة الحرارة كشرط "افتراضي". يشار إلى هذه القيم بالضغط القياسي ودرجة الحرارة (يشار إليها مجتمعة بالحالة القياسية أو DKTC) غالبًا ما تشير مشاكل ضغط البخار إلى CI ، لذلك يجب عليك حفظ هذه القيم للراحة. يتم تعريف DKTC على النحو التالي:
   • درجة الحرارة: 273.15 ك / 0 ج / 32 ف
   • الضغط: 760 مم زئبق / 1 أجهزة الصراف الآلي / 101.325 كيلو باسكال

2. 

   قم بالتبديل إلى معادلة كلاوزيوس وكلابيرون لإيجاد متغيرات أخرى. في المثال الوارد في الجزء الأول ، نرى أن معادلة كلاوزيوس وكلابيرون فعالة للغاية عندما يتعلق الأمر بحساب ضغط بخار المواد النقية. ومع ذلك ، لا تتطلب كل المشكلات إيجاد P1 أو P2 ، لكن في بعض الأحيان يطلبون العثور على درجة الحرارة أو حتى قيمة ΔH._vap. في هذه الحالة ، للعثور على الإجابة ، ما عليك سوى تبديل المعادلة بحيث يكون المتغير المطلوب في جانب واحد من المعادلة ، وتكون جميع المتغيرات الأخرى في الجانب الآخر.
   • على سبيل المثال ، افترض أن هناك سائلًا غير معروف بضغط بخار 25 تور عند 273 كلفن و 150 تور عند 325 كلفن ، ونريد إيجاد المحتوى الحراري المتطاير لهذا السائل (ΔH_vap). يمكننا حل ما يلي:
   • ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ ص) ((1 / T2) - (1 / T1))
   • (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = (H_vap/ ص)
   • R × (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = H_vap. الآن دعنا نستبدل القيم:
   • 8314 جول / (ك × مول) × (-1.79) / (- 0.00059) = ΔH_vap
   • 8314 جول / (ك × مول) × 3،033.90 = H_vap = 25223.83 جول / مول

3. 

   ضع في اعتبارك ضغط بخار المادة المذابة أثناء تبخرها. في المثال أعلاه من قانون رولت ، المذاب لدينا هو السكر لذلك لا يتبخر من تلقاء نفسه في درجة حرارة الغرفة (هل تعتقد أنك رأيت وعاءًا من السكر يتبخر؟). ومع ذلك ، عندما تذوب المادة هل حقا إذا تبخر ، فسوف يؤثر على ضغط البخار العام للمحلول. نحسب هذا الضغط باستخدام المعادلة المتغيرة لقانون رولت: ص_{المحلول} = Σ (ص_{المكونات}X_{المكونات}). الرمز (Σ) يعني أنه يجب علينا جمع كل ضغط البخار للمكونات المختلفة للعثور على إجابة.
   • على سبيل المثال ، لنفترض أن لدينا محلول مكون من مادتين كيميائيتين: البنزين والتولوين. الحجم الكلي للمحلول 120 مل ؛ 60 مل من البنزين و 60 مل من التولوين. درجة حرارة المحلول 25 درجة مئوية وضغط البخار لكل مكون كيميائي عند 25 درجة مئوية هو 95.1 مم زئبق للبنزين ، و 28.4 مم زئبق للتولوين. للقيم المعطاة ، أوجد ضغط بخار المحلول. يمكننا حل المشكلة باستخدام الكثافة والكتلة المولية وضغط البخار للمادتين الكيميائيتين:
   • الحجم (البنزين): 60 مل = 0.06 لتر × 876.50 كجم / 1000 لتر = 0.053 كجم = 53 جرام
   • الوزن (التولوين): 0.06 لتر × 866.90 كجم / 1000 لتر = 0.052 كجم = 52 جرام
   • عدد المولات (البنزين): 53 جم × 1 مول / 78.11 جم = 0.679 مول
   • عدد المولات (التولوين): 52 جم × 1 مول / 92.14 جم = 0.564 مول
   • إجمالي الشامات: 0.679 + 0.564 = 1.243
   • الجزء المولي (البنزين): 0.679 / 1.243 = 0.546
   • الكسر المولي (التولوين): 0.564 / 1.243 = 0.454
   • حل النتائج: P_{المحلول} = ص_{البنزين}X_{البنزين} + ص_تولوينX_تولوين
   • ص_{المحلول} = (95.1 مم زئبق) (0.546) + (28.4 مم زئبق) (0.454)
   • ص_{المحلول} = 51.92 مم زئبق + 12.89 مم زئبق = 64.81 مم زئبق
   الإعلانات

النصيحة

• لاستخدام معادلة Clausius Clapeyron أعلاه ، يجب عليك تحويل درجة الحرارة إلى وحدات Kevin (المشار إليها بواسطة K). إذا كانت درجة الحرارة بالدرجة المئوية ، فقم بتغييرها بالصيغة التالية: تي_ك = 273 + ت_ج
• يمكنك تطبيق الطرق المذكورة أعلاه لأن الطاقة تتناسب مع كمية الحرارة المزودة. درجة حرارة السائل هي العامل البيئي الوحيد الذي يؤثر على ضغط البخار.