المحتوى

• خطوات
• طريقة 1 من 3: استخدام معادلة Clapeyron-Clausius
• طريقة 2 من 3: حساب ضغط البخار في المحاليل
• طريقة 3 من 3: حساب ضغط البخار في حالات خاصة
• نصائح

هل سبق لك أن تركت زجاجة ماء لعدة ساعات تحت أشعة الشمس الحارقة وسمعت صوت "هسهسة" عند فتحها؟ هذا الصوت ناتج عن ضغط البخار. في الكيمياء ، ضغط البخار هو الضغط الذي يمارسه بخار السائل الذي يتبخر في حاوية محكمة الإغلاق. لإيجاد ضغط البخار عند درجة حرارة معينة ، استخدم معادلة Clapeyron-Clausius: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ ص) ((1 / T2) - (1 / T1)).

خطوات

طريقة 1 من 3: استخدام معادلة Clapeyron-Clausius

1. 1 اكتب معادلة Clapeyron-Clausius المستخدمة لحساب ضغط البخار حيث يتغير بمرور الوقت. يمكن استخدام هذه الصيغة لمعظم المشاكل الفيزيائية والكيميائية. تبدو المعادلة كما يلي: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ ص) ((1 / T2) - (1 / T1))، أين:
   • ΔH_vap هو المحتوى الحراري لتبخير السائل. يمكن العثور عليها عادة في جدول في كتب الكيمياء المدرسية.
   • R - ثابت الغاز يساوي 8.314 J / (K × mol)
   • T1 هي درجة الحرارة الأولية (التي يُعرف عندها ضغط البخار).
   • T2 هي درجة الحرارة النهائية (التي يكون فيها ضغط البخار غير معروف).
   • P1 و P2 - ضغط البخار عند درجات حرارة T1 و T2 ، على التوالي.
2. 2 استبدل قيم الكميات المعطاة لك في معادلة Clapeyron-Clausius. تعطي معظم المسائل قيمتين لدرجة الحرارة وقيمة ضغط ، أو قيمتين للضغط وقيمة لدرجة الحرارة.
   • على سبيل المثال ، وعاء يحتوي على سائل عند درجة حرارة 295 كلفن ، وضغط بخاره هو 1 جو (1 ضغط جوي). أوجد ضغط البخار عند 393 ك. هنا تحصل على درجتين وضغط ، لذا يمكنك إيجاد ضغط مختلف باستخدام معادلة كلابيرون-كلاوزيوس. باستبدال القيم المعطاة لك في الصيغة ، تحصل على: ln (1 / P2) = (ΔH_vap/ ص) ((1/393) - (1/295)).
   • يرجى ملاحظة أنه في معادلة Clapeyron-Clausius ، تُقاس درجة الحرارة دائمًا بالكلفن ، والضغط في أي وحدة قياس (ولكن يجب أن تكون هي نفسها بالنسبة إلى P1 و P2).
3. 3 عوّض بالثوابت. تحتوي معادلة Clapeyron-Clausius على ثابتين: R و ΔH_vap... R تساوي دائمًا 8.314 J / (K × mol). قيمة ΔH_vap (المحتوى الحراري للتبخر) يعتمد على المادة ، وضغط البخار الذي تحاول العثور عليه ؛ يمكن العثور على هذا الثابت عادةً في جدول في كتب الكيمياء المدرسية أو على مواقع الويب (على سبيل المثال ، هنا).
   • في مثالنا ، لنفترض أن هناك ماء في الوعاء. ΔH_vap الماء يساوي 40.65 كيلوجول / مول أو 40650 جول / مول.
   • أدخل الثوابت في الصيغة واحصل على: ln (1 / P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 حل المعادلة باستخدام العمليات الجبرية.
   • في مثالنا ، المتغير المجهول تحت علامة اللوغاريتم الطبيعي (ln). للتخلص من اللوغاريتم الطبيعي ، حول طرفي المعادلة إلى قوة الثابت الرياضي "e". بعبارات أخرى، ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • الآن حل المعادلة:
   • ln (1 / P2) = (40650 / 8.314) ((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. هذا أمر منطقي ، لأن رفع درجة الحرارة في وعاء مغلق بإحكام بمقدار 100 درجة سيزيد من التبخر ، مما سيزيد بشكل كبير من ضغط البخار.

طريقة 2 من 3: حساب ضغط البخار في المحاليل

1. 1 اكتب قانون رولت. في الحياة الواقعية ، السوائل النقية نادرة ؛ غالبًا ما نتعامل مع الحلول. يُصنع المحلول بإضافة كمية صغيرة من مادة كيميائية معينة تسمى "المذاب" إلى كمية أكبر من مادة كيميائية أخرى تسمى "المذيب". في حالة الحلول ، استخدم قانون راولت:ص_{المحلول} = ص_مذيبX_مذيب، أين:
   • ص_{المحلول} هو ضغط بخار المحلول.
   • ص_مذيب هو ضغط بخار المذيب.
   • X_مذيب - الجزء الجزيئي للمذيب.
   • إذا كنت لا تعرف ما هو الكسر الجزيئي ، فتابع القراءة.
2. 2 حدد المادة التي ستكون المذيب وأيها ستكون المذاب. تذكر أن المذاب هو مادة تذوب في مذيب ، والمذيب هو مادة تذوب في مادة مذابة.
   • فكر في مثال شراب. للحصول على شراب ، يتم إذابة جزء واحد من السكر في جزء واحد من الماء ، لذا فإن السكر مذاب والماء مذيب.
   • لاحظ أن الصيغة الكيميائية للسكروز (السكر الشائع) هي C₁₂ح₂₂ا₁₁... سنحتاجه في المستقبل.
3. 3 أوجد درجة حرارة المحلول ، حيث إنه سيؤثر على ضغط البخار. كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زاد ضغط البخار ، لأن التبخر يزداد مع زيادة درجة الحرارة.
   • في مثالنا ، لنفترض أن درجة حرارة الشراب هي 298 كلفن (حوالي 25 درجة مئوية).
4. 4 أوجد ضغط بخار المذيب. يتم إعطاء قيم ضغط البخار للعديد من المواد الكيميائية الشائعة في كتيبات الكيمياء ، ولكن يتم تقديمها عادةً عند درجات حرارة 25 درجة مئوية / 298 كلفن أو عند نقاط غليانها. إذا تم إعطاؤك درجات الحرارة هذه في المشكلة ، فاستخدم القيم من الكتب المرجعية ؛ خلاف ذلك ، تحتاج إلى حساب ضغط البخار عند درجة حرارة معينة للمادة.
   • للقيام بذلك ، استخدم معادلة Clapeyron-Clausius ، واستبدل ضغط البخار ودرجة الحرارة 298 كلفن (25 درجة مئوية) بدلاً من P1 و T1 ، على التوالي.
   • في مثالنا ، درجة حرارة المحلول 25 درجة مئوية ، لذا استخدم القيمة من الجداول المرجعية - ضغط بخار الماء عند 25 درجة مئوية هو 23.8 مم زئبق.
5. 5 أوجد الكسر الجزيئي للمذيب. للقيام بذلك ، أوجد نسبة عدد مولات مادة ما إلى إجمالي عدد مولات كل المواد في المحلول. بمعنى آخر ، جزء الخلد لكل مادة هو (عدد مولات المادة) / (إجمالي عدد مولات كل المواد).
   • لنفترض أنك استخدمت لترًا واحدًا من الماء ولترًا واحدًا من السكروز (السكر) لعمل شراب. في هذه الحالة ، من الضروري إيجاد عدد مولات كل مادة. للقيام بذلك ، تحتاج إلى إيجاد كتلة كل مادة ، ثم استخدام الكتل المولية لهذه المواد للحصول على الشامات.
   • وزن 1 لتر ماء = 1000 جرام
   • وزن 1 لتر من السكر = 1056.7 جرام
   • الخلد (ماء): 1000 جم × 1 مول / 18.015 جم = 55.51 مول
   • مول (سكروز): 1056.7 جم × 1 مول / 342.2965 جم = 3.08 مول (لاحظ أنه يمكنك إيجاد الكتلة المولية للسكروز من صيغته الكيميائية C₁₂ح₂₂ا₁₁).
   • إجمالي عدد الشامات: 55.51 + 3.08 = 58.59 مول
   • جزء الخلد من الماء: 55.51 / 58.59 = 0.947.
6. 6 الآن قم بتوصيل البيانات والقيم التي تم العثور عليها للكميات في معادلة راولت الواردة في بداية هذا القسم (ص_{المحلول} = ص_مذيبX_مذيب).
   • في مثالنا:
   • ص_{المحلول} = (23.8 مم زئبق) (0.947)
   • ص_{المحلول} = 22.54 مم زئبق فن. هذا أمر منطقي ، نظرًا لأن كمية صغيرة من السكر تذوب في كمية كبيرة من الماء (إذا تم قياسها في المولات ؛ تكون الكمية هي نفسها باللترات) ، وبالتالي فإن ضغط البخار سينخفض ​​قليلاً.

طريقة 3 من 3: حساب ضغط البخار في حالات خاصة

1. 1 تعريف الشروط المعيارية. غالبًا في الكيمياء ، يتم استخدام قيم درجة الحرارة والضغط كنوع من القيمة "الافتراضية". تسمى هذه القيم درجة الحرارة والضغط القياسيين (أو الظروف القياسية). غالبًا ما يتم ذكر الشروط القياسية في مشاكل ضغط البخار ، لذلك من الأفضل تذكر القيم القياسية:
   • درجة الحرارة: 273.15 كلفن / 0 درجة مئوية / 32 فهرنهايت
   • الضغط: 760 مم زئبق / 1 ضغط جوي / 101.325 كيلو باسكال
2. 2 أعد كتابة معادلة Clapeyron-Clausius لإيجاد المتغيرات الأخرى. أوضح القسم الأول من هذه المقالة كيفية حساب ضغط بخار المواد النقية. ومع ذلك ، لا تتطلب كل المشاكل إيجاد الضغط P1 أو P2 ؛ في كثير من المشاكل من الضروري حساب درجة الحرارة أو قيمة ΔH_vap... في مثل هذه الحالات ، أعد كتابة معادلة Clapeyron-Clausius عن طريق عزل المجهول في جانب واحد من المعادلة.
   • على سبيل المثال ، عند إعطاء سائل غير معروف ، يكون ضغط البخار فيه 25 تور عند 273 كلفن و 150 تور عند 325 كلفن ، من الضروري إيجاد المحتوى الحراري لتبخير هذا السائل (أي ، ΔH_vap). حل هذه المشكلة:
   • 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 استبدل القيم المعطاة لك:
   • 8.314 جول / (ك × مول) × (-1.79) / (- 0.00059) = H_vap
   • 8.314 J / (K × مول) × 3033.90 = ΔH_vap = 25223.83 جول / مول
3. 3 ضع في اعتبارك ضغط بخار المخلفات. في مثالنا من القسم الثاني من هذه المقالة ، المذاب - السكر - لا يتبخر ، ولكن إذا كان المذاب ينتج بخارًا (يتبخر) ، فيجب أخذ ضغط البخار في الاعتبار. للقيام بذلك ، استخدم صيغة معدلة من معادلة راولت: P_{المحلول} = Σ (ص_مستوىX_مستوى) ، حيث يعني الرمز Σ (سيغما) أنه من الضروري إضافة قيم ضغط البخار لجميع المواد التي يتكون منها المحلول.
   • على سبيل المثال ، فكر في محلول مصنوع من مادتين كيميائيتين: البنزين والتولوين. الحجم الكلي للمحلول 120 مل (مل) ؛ 60 مل من البنزين و 60 مل من التولوين. درجة حرارة المحلول 25 درجة مئوية ، وضغط البخار عند 25 درجة مئوية هو 95.1 ملم زئبق. للبنزين و 28.4 ملم زئبق. للتولوين. من الضروري حساب ضغط بخار المحلول. يمكننا القيام بذلك باستخدام كثافة المواد وأوزانها الجزيئية وقيم ضغط البخار:
   • الوزن (بنزين): 60 مل = 0.06 لتر × 876.50 كجم / 1000 لتر = 0.053 كجم = 53 جرام
   • الكتلة (التولوين): 0.06 لتر × 866.90 كجم / 1000 لتر = 0.052 كجم = 52 جم
   • مول (بنزين): 53 جم × 1 مول / 78.11 جم = 0.679 مول
   • مول (تولوين): 52 جم × 1 مول / 92.14 جم = 0.564 مول
   • إجمالي عدد الشامات: 0.679 + 0.564 = 1.243
   • جزء الخلد (البنزين): 0.679 / 1.243 = 0.546
   • جزء الخلد (التولوين): 0.564 / 1.243 = 0.454
   • الحل: P_{المحلول} = ص_{البنزين}X_{البنزين} + ص_{التولوين}X_{التولوين}
   • ص_{المحلول} = (95.1 مم زئبق) (0.546) + (28.4 مم زئبق) (0.454)
   • ص_{المحلول} = 51.92 ملم زئبق. فن. + 12.89 ملم زئبق. فن. = 64.81 مم زئبق فن.

نصائح

• لاستخدام معادلة Clapeyron Clausius ، يجب تحديد درجة الحرارة بالدرجات كلفن (يُشار إليها بواسطة K). إذا كانت درجة حرارتك بالدرجة المئوية ، فأنت بحاجة إلى تحويلها باستخدام الصيغة التالية: تي_ك = 273 + ت_ج
• الطريقة المذكورة أعلاه تعمل لأن الطاقة تتناسب طرديا مع كمية الحرارة.درجة حرارة السائل هي العامل البيئي الوحيد الذي يؤثر على ضغط البخار.