Загрузить PDFЗагрузить PDFX
How.com.vn работает по принципу вики, а это значит, что многие наши статьи написаны несколькими авторами. При создании этой статьи над ее редактированием и улучшением работали авторы-волонтеры.
Количество источников, использованных в этой статье: 9. Вы найдете их список внизу страницы.
Количество просмотров этой статьи: 29 292.
Вы когда-нибудь оставляли бутылку воды на несколько часов под палящим солнцем и слышали «шипящий» звук, открывая ее? Этот звук вызван давлением пара. В химии давление пара – это давление, оказываемое парами жидкости, которая испаряется в герметично закрытом сосуде.[1] Чтобы найти давление пара при данной температуре, воспользуйтесь уравнением Клапейрона-Клаузиуса: ln(P1/P2) = (ΔHvap/R)((1/T2) - (1/T1)).
Шаги
Запишите уравнение Клапейрона-Клаузиуса, которое используется для расчета давления пара при его изменении с течением времени.[2] Эту формулу можно использовать в большинстве физических и химических задач. Уравнение выглядит следующим образом: ln(P1/P2) = (ΔHvap/R)((1/T2) - (1/T1)), где:- ΔHvap – энтальпия испарения жидкости. Ее, как правило, можно найти в таблице в учебниках по химии.
- R – газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(K×моль)[3]
- T1 – начальная температура (при которой давление пара известно).
- T2 – конечная температура (при которой давление пара неизвестно).
- P1 и P2 – давление пара при температуре T1 и T2, соответственно.
Подставьте в уравнение Клапейрона-Клаузиуса данные вам значения величин. В большинстве задач даются два значения температуры и значение давления или два значения давления и значение температуры.- Например, в сосуде находится жидкость при температуре 295 К, а давление ее паров равно 1 атмосфере (1 атм). Найдите давление паров при температуре 393 K. Здесь вам даны два значения температуры и значение давления, поэтому вы можете найти другое значение давления при помощи уравнения Клапейрона-Клаузиуса. Подставив данные вам значения в формулу, вы получите: ln(1/P2) = (ΔHvap/R)((1/393) - (1/295)).
- Обратите внимание, что в уравнении Клапейрона-Клаузиуса температура всегда измеряется в кельвинах, а давление в любых единицах измерения (но они должны быть одинаковыми для Р1 и Р2).
Подставьте константы. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса содержит две константы: R и ΔHvap. R всегда равна 8,314 Дж/(К×моль). Значение ΔHvap (энтальпия испарения) зависит от вещества, давление паров которого вы пытаетесь найти; эту константу, как правило, можно найти в таблице в учебниках по химии или на сайтах (например, здесь).[4]- В нашем примере допустим, что в сосуде находится вода. ΔHvap воды равна 40,65 кДж/моль или равна 40650 Дж/моль.
- Подставьте константы в формулу и получите: ln(1/P2) = (40650/8314)((1/393) - (1/295)).
Решите уравнение при помощи алгебраических операций.- В нашем примере неизвестная переменная находится под знаком натурального логарифма (ln). Для избавления от натурального логарифма превратите обе стороны уравнения в степень математической константы «е». Другими словами, ln(x) = 2 → eln(x) = e2 → x = e2.
- Теперь решите уравнение:
- ln(1/P2) = (40650/8,314)((1/393) - (1/295))
- ln(1/P2) = (4889,34)(-0,00084)
- (1/P2) = e(-4,107)
- 1/P2 = 0,0165
- P2 = 0.0165-1 = 60,76 атм. Это имеет смысл, так как повышение температуры в герметично закрытом сосуде на 100 градусов приведет к увеличению парообразования, что значительно увеличит давление пара.
Реклама
Запишите закон Рауля. В реальной жизни чистые жидкости встречаются редко; зачастую мы имеем дело с растворами. Раствор получается при добавлении небольшого количества определенного химического вещества, называемого «растворенное вещество», в большее количество другого химического вещества, называемого «растворитель». В случаях растворов пользуйтесь законом Рауля:[5]Pраствор = PрастворительXрастворитель, где:- Pраствор – давление паров раствора.
- Pрастворитель – давление паров растворителя.
- Xрастворитель – мольная доля растворителя.
- Если вы не знаете, что такое «мольная доля», читайте дальше.
Определите, какое вещество будет растворителем, а какое – растворенным веществом. Напомним, что растворенное вещество – это вещество, растворяемое в растворителе, а растворитель – это вещество, растворяющее растворенное вещество.- Рассмотрим пример сиропа. Для получения сиропа одну часть сахара растворяют в одной части воды, поэтому сахар – это растворенное вещество, а вода – это растворитель.[6]
- Обратите внимание, что химическая формула сахарозы (обыкновенного сахара): C12H22O11. Она понадобится нам в дальнейшем.
Найдите температуру раствора, так как она будет влиять на давление его пара. Чем выше температура, тем выше давление паров, так как с ростом температуры растет парообразование.- В нашем примере допустим, что температура сиропа равна 298 K (около 25˚С).
Найдите давление паров растворителя. В справочниках по химии приводятся значения давления паров многих распространенных химических веществ, но, как правило, такие значения даны при температуре веществ в 25°С/298 К или при их температурах кипения. Если в задаче вам даны такие температуры, используйте значения из справочников; в противном случае вам необходимо вычислить давление паров при данной температуре вещества.- Для этого воспользуйтесь уравнением Клапейрона-Клаузиуса, подставив в него давление паров и температуру 298 К (25˚С) вместо P1 и T1, соответственно.
- В нашем примере температура раствора равна 25°С, поэтому пользуйтесь значением из справочных таблиц – давление паров воды при 25°С равно 23,8 мм ртутного столба.[7]
Найдите мольную долю растворителя. Для этого найдите отношение числа молей вещества к общему числу молей всех веществ, имеющихся в растворе. Другими словами, мольная доля каждого вещества равна (число молей вещества)/(общее число молей всех веществ).- Допустим, что для приготовления сиропа вы использовали 1 л воды и 1 л сахарозы (сахара). В этом случае необходимо найти число молей каждого вещества. Для этого нужно найти массу каждого вещества, а затем использовать молярные массы этих веществ, чтобы получить моли.
- Масса 1 л воды = 1000 г
- Масса 1 л сахара = 1056,7г[8]
- Моль (вода): 1000 г×1 моль/18,015 г = 55,51 моль
- Моль (сахароза): 1056,7 г×1 моль/342,2965 г = 3,08 моль (обратите внимание, что вы можете найти молярную массу сахарозы из ее химической формулы C12H22O11).
- Общее число молей: 55,51 + 3,08 = 58,59 моль
- Мольная доля воды: 55,51/58,59 = 0,947.
Теперь подставьте данные и найденные значения величин в уравнение Рауля, приведенное в начале этого раздела (Pраствор = PрастворительXрастворитель).- В нашем примере:
- Pраствор = (23,8 мм рт. ст.)(0,947)
- Pраствор = 22,54 мм рт. ст. Это имеет смысл, так как в большом количестве воды растворено небольшое количество сахара (если измерять в молях; в литрах их количество одинаково), поэтому давление паров незначительно уменьшится.
Реклама
Определение стандартных условий. Зачастую в химии используются значения температуры и давления как своего рода значения «по умолчанию». Такие значения называются стандартными температурой и давлением (или стандартными условиями). В задачах на давление пара часто упоминаются стандартные условия, поэтому лучше запомнить стандартные значения:[9]- Температура: 273,15 K/0˚C/32 F
- Давление: 760 мм рт.ст./1 атм./101,325 кПа
Перепишите уравнение Клапейрона-Клаузиуса так, чтобы найти другие переменные. В первом разделе этой статьи было показано, как вычислять давления паров чистых веществ. Однако не во всех задачах требуется найти давление P1 или P2; во многих задачах нужно вычислить температуру или значение ΔHvap. В таких случаях перепишите уравнение Клапейрона-Клаузиуса, обособив неизвестную величину на одной стороне уравнения.- Например, дана неизвестная жидкость, давление пара которой равно 25 торр при 273 К и 150 Торр при 325 К. Нужно найти энтальпию испарения этой жидкости (то есть ΔHvap). Решение этой задачи:
- ln(P1/P2) = (ΔHvap/R)((1/T2) - (1/T1))
- (ln(P1/P2))/((1/T2) - (1/T1)) = (ΔHvap/R)
- R × (ln(P1/P2))/((1/T2) - (1/T1)) = ΔHvap Теперь подставьте данные вам значения:
- 8,314 Дж/(K × моль) × (-1,79)/(-0,00059) = ΔHvap
- 8,314 Дж/(K × моль) × 3033,90 = ΔHvap = 25223,83 Дж/моль
Учтите давления пара растворенного вещества. В нашем примере из второго раздела этой статьи растворенное вещество – сахар – не испаряется, но если растворенное вещество производит пар (испаряется), давление такого пара следует учесть. Для этого воспользуйтесь модифицированным видом уравнения Рауля: Pраствор = Σ(PвеществоXвещество), где символ Σ (сигма) означает, что необходимо сложить значения давлений паров всех веществ, из которых состоит раствор.- Например, рассмотрим раствор, состоящий из двух химических веществ: бензола и толуола. Общий объем раствора 120 миллилитров (мл); 60 мл бензола и 60 мл толуола. Температура раствора равна 25°С, а давление паров при 25°С равно 95,1 мм рт.ст. для бензола и 28,4 мм рт.ст. для толуола. Необходимо вычислить давление паров раствора. Мы можем сделать это при помощи плотностей веществ, их молекулярных масс и значений давления паров:
- Масса (бензол): 60 мл = 0,06 л × 876,50 кг/1000 л = 0,053 кг = 53 г
- Масса (толуол): 0,06 л × 866,90 кг/1000 л = 0,052 кг = 52 г
- Моль (бензол): 53 г × 1 моль/78,11 г = 0,679 моль
- Моль (толуол): 52 г × 1 моль/92,14 г = 0,564 моль
- Общее число молей: 0,679 + 0,564 = 1,243
- Мольная доля (бензол): 0,679/1,243 = 0,546
- Мольная доля (толуол): 0,564/1,243 = 0,454
- Решение: Pраствор = PбензолXбензол + PтолуолXтолуол
- Pраствор = (95,1 мм рт. ст.)(0,546) + (28,4 мм рт. ст.)(0,454)
- Pраствор = 51,92 мм рт. ст. + 12,89 мм рт. ст. = 64,81 мм рт. ст.
Реклама
Советы
- Для использования уравнения Клапейрона Клаузиуса температура должна быть указана в градусах Кельвина (обозначается К). Если у вас дана температура по Цельсию, необходимо конвертировать ее при помощи следующей формулы: Tk = 273 + Tc
- Описанный выше метод работает, потому что энергия прямо пропорциональна количеству тепла. Температура жидкости является единственным фактором окружающей среды, от которой зависит давление паров.
Реклама
Источники
- ↑ https://www.chem.purdue.edu/gchelp/liquids/vpress.html
- ↑ http://bado-shanai.net/Map%20of%20Physics/mopClausiusClapeyron.htm
- ↑ http://www.chem.umass.edu/~thompson/Courses/chem471/old.exams/2010/formulae4.pdf
- ↑ http://www.phs.d211.org/science/smithcw/AP%20Chemistry/Posted%20Tables/Enthalpy%20Vaporization%20and%20Fusion.pdf
- ↑ http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Physical_Properties_of_Matter/Solutions_and_Mixtures/Ideal_Solutions/Changes_In_Vapor_Pressure,_Raoult%27s_Law
- ↑ http://allrecipes.com/recipe/simple-syrup/
- ↑ http://intro.chem.okstate.edu/1515sp01/database/vpwater.html
- ↑ http://www.traditionaloven.com/culinary-arts/sugars/raw-sugar/convert-liter-l-to-gram-g-raw-sugar.html
- ↑ http://whatis.techtarget.com/definition/standard-temperature-and-pressure-STP
Была ли эта статья полезной?
⚠️ Disclaimer:
Content from Wiki How Русский language website. Text is available under the Creative Commons Attribution-Share Alike License; additional terms may apply.
Wiki How does not encourage the violation of any laws, and cannot be responsible for any violations of such laws, should you link to this domain, or use, reproduce, or republish the information contained herein.
- - A few of these subjects are frequently censored by educational, governmental, corporate, parental and other filtering schemes.
- - Some articles may contain names, images, artworks or descriptions of events that some cultures restrict access to
- - Please note: Wiki How does not give you opinion about the law, or advice about medical. If you need specific advice (for example, medical, legal, financial or risk management), please seek a professional who is licensed or knowledgeable in that area.
- - Readers should not judge the importance of topics based on their coverage on Wiki How, nor think a topic is important just because it is the subject of a Wiki article.
Реклама
