Мазмун

• Кадамдар
• Кеңеш

Бир нече саат бою бөтөлкө суусун күнгө калтырып, андан кийин капкагын ачып, кичинекей "поп" уккан учуруңуз болду беле? Бул үн керек буу басымы себеп бөтөлкөдө. Химияда буу басымы деп идиштеги суюктук бууланганда (газга айланганда) жабык идиштин дубалына таасир этет. Буунун басымын белгилүү температурада табуу үчүн Клаузиус-Клапейрон теңдемесин колдонуңуз: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Кадамдар

3-ыкманын 1-ыкмасы: Клаузиус-Клапейрон теңдемесин колдонуңуз

1. 

   Клаузиус-Клапейрон теңдемесин жаз. Буунун басымынын убакыттын өтүшү менен өзгөрүшүн эске алганда, буу басымын эсептөөнүн формуласы Клаузиус-Клапейрон теңдемеси (физиктер Рудольф Клаузиус жана Бенуит Пол Эмиль Клапейрон атындагы). Бул физикадагы жана химиядагы буу басымынын жалпы маселелерин чечүү үчүн кеңири колдонулган формула. Формула төмөнкүдөй жазылат: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)). Бул формулада өзгөрүлмө төмөнкүлөрдү билдирет:
   • ΔH_vap: Суюктуктардын буулануу энтальпиясы. Бул маанини химия боюнча окуу китебинин аягындагы таблицадан табууга болот.
   • R: Идеалдуу газ туруктуу жана 8,314 Дж / (К × Мол) барабар.
   • T1: Буунун басымы белгилүү болгон температура (баштапкы температура).
   • T2: Буунун басымы талап кылынган температура (акыркы температура).
   • P1 жана P2: Т1 жана Т2 температураларында буунун тийиштүү басымы.

2. 

   
   
   Белгилүү маанилерди өзгөрмөлөргө алмаштырыңыз. Клаузиус-Клапейрон теңдемеси бир топ татаал көрүнөт, анткени ар кандай өзгөрүлмө бар, бирок маселе жетиштүү маалымат берсе, анчалык деле кыйын эмес. Буунун басымынын эң негизги көйгөйлөрү сизге температуранын эки маанисин жана басымдын бир маанисин же басымдын эки маанисин жана температуранын бир маанисин берет - ушул маалыматтарды алгандан кийин, аны чечүү оңой.
   • Мисалы, маселе 295 К температурасындагы суюктук контейнеринде жана буу басымы 1 атмосферада (атм) болсо дейли. Суроо: 393 К температурада буу басымы кандай болот? Бизде температуранын эки, басымдын бир мааниси бар, ошондуктан калган басым үчүн Клаузиус-Клапейрон теңдемесин колдонуп чечүүгө болот. Өзгөрмөлөргө баалуулуктарды коюу, бизде бар ln (1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1/393) - (1/295)).
   • Клаузиус-Клапейрон теңдемеси үчүн биз ар дайым температуранын маанисин колдонушубуз керек Келвин. Сиз P1 жана P2 үчүн бирдей бирдикте болгон болсо, ар кандай басым маанисин колдоно аласыз.

3. 

   
   
   Туруктууларды алмаштырыңыз. Клаузиус-Клапейрон теңдемеси эки туруктууга ээ: R жана ΔH_vap. R ар дайым 8,314 J / (K × Mol) га барабар. Бирок, ΔH_vap (учуучу энтальпия) маселе менен берилген буулануучу суюктуктун түрүнө жараша болот. Ушуну менен сиз ΔH баалуулуктарын таба аласыз_vap химиянын же физиканын окуу китебинин аягындагы ар кандай заттарды же Интернеттен издеңиз (мисалы, бул жерде.)
   • Жогорудагы мисалда, суюктук бар деп ойлойбуз таза суу. Эгерде таблицадан H маанисин карасаңыз_vapБизде ΔH_vap тазаланган суу болжол менен 40,65 кДж / моль. Н мааниси жоул бирдиктерин колдонгондуктан, биз аны которушубуз керек 40,650 Дж / моль.
   • Туруктуу теңдемеге салып, бизде бар ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295)).

4. 

   
   
   Теңдемени чечүү. Бардык баалуулуктарды теңдеменин өзгөрмөлөрүнө киргизгенден кийин, биз эсептеп жаткан өзгөрмөдөн тышкары, теңдемени кадимки алгебралык принципке ылайык чечүүнү уланта бериңиз.
   • Теңдемени чечүүдө эң кыйын учур (ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295))) табигый логарифмдик функцияны иштетүү (ln). Табигый журнал функциясын жок кылуу үчүн, теңдеменин эки тарабын тең математикалык константанын көрсөткүчү катары колдонуңуз д. Башкача айтканда, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Эми мисалдын теңдемесин чечели:
   • ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295))
   • ln (1 / P2) = (4,889.34) (- 0.00084)
   • (1 / P2) = д
   • 1 / P2 = 0.0165
   • P2 = 0.0165 = 60.76 атм. Бул маани акылга сыярлык - жабык идиште температура дээрлик 100 градуска көтөрүлгөндө (суунун кайноо чекитинен болжол менен 20 градус температурага чейин) буу көп пайда болот, ошондуктан басым жогорулайт. көп.
   жарнама

3-ыкманын 2-ыкмасы: Эриген эритменин буу басымын табыңыз

1. 

   Раулдун Мыйзамын жазыңыз. Чындыгында, биз таза суюктуктар менен сейрек иштейбиз - көп учурда ар кандай заттардын аралашмалары менен иштешибиз керек. Кээ бир жалпы аралашмалар химиялык затты аз өлчөмдө эритүү жолу менен жаралат эриген деп аталган башка химиялык заттардын ири көлөмүндө Эритүүчү түзүү чечим. Бул учурда, биз Рауль Мыйзамынын (физик Франсуа-Мари Раулдун аты менен аталган) теңдемесин билишибиз керек, ал төмөнкүдөй көрүнөт: P_чечим= P_{Эритүүчү}X_{Эритүүчү}. Бул формулада өзгөрүлмө төмөнкүлөрдү билдирет:
   • P_чечим: Бардык эритменин буу басымы (эритменин бардык компоненттери)
   • P_{Эритүүчү}: Эриткич буусунун басымы
   • X_{Эритүүчү}: Эриткичтин молярдык үлүшү.
   • Эгер сиз "молярдык бөлүк" деген терминди билбесеңиз, кабатыр болбоңуз - кийинки кадамдарда аны түшүндүрөбүз.

2. 

   Эритмедеги эриткичтерди жана эриткичтерди айырмалаңыз. Эритменин буу басымын эсептөөдөн мурун, маселе берилген заттарды аныкташ керек. Белгилей кетүүчү нерсе, эриткич эриткичте эригенде, эритме пайда болот - эриген химиялык зат дайыма эрийт, ал эми милдетти аткарган химиялык зат - эритүүчү.
   • Бул бөлүмдө биз жогорудагы түшүнүктөрдү чагылдыруу үчүн жөнөкөй мисалды алабыз. Сироптун эритмесинин буу басымын тапкыбыз келет дейли. Адатта, сироп суунун бир бөлүгүндө эриген канттын бир бөлүгүнөн даярдалат, демек биз айтабыз кант эриген, суу эритүүчү.
   • Эскертүү: сахарозанын (кум шекер) химиялык формуласы C₁₂H₂₂O₁₁. Сиз бул маалыматты абдан маанилүү деп табасыз.

3. 

   Эритменин температурасын табыңыз. Жогоруда айтылган Клаузиус Клапейрон бөлүмүнөн көрүнүп тургандай, суюктуктун температурасы анын буу басымына таасир этет. Жалпысынан, температура канчалык жогору болсо, буу басымы ошончолук жогору болот - температура жогорулаган сайын суюктук ошончолук бууланып, идиштеги басымды көбөйтөт.
   • Бул мисалда сироптун учурдагы температурасы деп эсептейли 298 K (болжол менен 25 C).

4. 

   Эриткичтин буу басымын табыңыз. Химиялык шилтемелер адатта көптөгөн жалпы заттарга жана аралашмаларга буунун басымынын маанисин берет, бирок көбүнчө 25 ° C / 298 K же кайноо температурасында гана басым маанисин берет. Эгерде сиздин эритмениңизде ушундай температура бар болсо, анда шилтеме маанисин колдонсоңуз болот, антпесе эритменин баштапкы температурасында буунун басымын табышыңыз керек.
   • Клаузиус-Клапейрон теңдемеси бул жерде P1 жана T1 үчүн басым жана температура 298 K (25 C) колдонуп, жардам берет.
   • Бул мисалда, аралашманын температурасы 25 ° C, ошондуктан издөө столун колдонсок болот. Буунун басымы менен 25 ° C температурада сууну көрөбүз 23,8 мм рт.ст

5. 

   Эриткичтин молярдык бөлүгүн табыңыз. Жыйынтыкты чечүүдөн мурун жасай турган эң акыркы нерсе - эриткичтин молярдык бөлүгүн табуу. Бул абдан оңой: ингредиенттерди меңге айландырып, андан кийин аралашманын жалпы меңинин ар биринин пайызын табыңыз. Башка сөз менен айтканда, ар бир компоненттин молярдык бөлүгү барабар (аралашманын молунун саны) / (аралашманын жалпы молу).
   • Сироптун рецеби ушул деп ойлойбуз 1 литр (L) суу жана 1 литр сахароза (шекер). Андан кийин биз ар бир ингредиенттин мең санын табышыбыз керек. Бул үчүн, биз ар бир компоненттин массаларын табабыз, андан кийин ошол компоненттердин молярдык массасын колдонуп, меңдерди эсептейбиз.
   • Салмагы (1 л суу): 1000 грамм (г)
   • Салмагы (1 л чийки шекер): болжол менен 1056,7 гр
   • Мөлчөлөрдүн саны (суу): 1000 грамм × 1 моль / 18,015 г = 55,51 моль
   • Моль (шекер): 1056,7 грамм × 1 моль / 342,2965 г = 3,08 моль (канттын молярдык массасын анын химиялык формуласынан, C,₁₂H₂₂O₁₁.)
   • Жалпы моль: 55.51 + 3.08 = 58.59 моль
   • Суунун молярдык үлүшү: 55.51 / 58.59 = 0,947

6. 

   Натыйжаларды чечүү. Акыры, Раулт теңдемесин чечүү үчүн бизде жетиштүү маалыматтар бар. Бул абдан оңой: маанилерди ушул бөлүмдүн башында айтылган Раулт Теоремасы теңдемесинин өзгөрмөлөрүнө кошуңуз (P_чечим = P_{Эритүүчү}X_{Эритүүчү}).
   • Маанилери менен алмаштырып, бизде бар:
   • P_чечим = (23,8 мм рт.ст.) (0,947)
   • P_чечим = 22.54 мм рт.ст. Бул натыйжа акылга сыярлык - молярдык мааниде айтканда, бир аз кант көп сууда эрийт (бул экөө чындыгында бирдей көлөмдө болсо дагы), демек буу басымы бир аз гана төмөндөйт.
   жарнама

3-ыкманын 3-ыкмасы: Өзгөчө учурларда буу басымын табыңыз

1. 

   Стандарттык басым жана температура шарттарын аныктоо. Илимпоздор басым жана температура жуптарын бир нече жолу "демейки" шарт катары колдонушат. Бул баалуулуктар Стандарттык Басым жана Температура деп аталат (чогуу Стандарттык шарт же DKTC деп аталат). Буунун басымындагы көйгөйлөр көбүнчө DKTCге тиешелүү, андыктан ыңгайлуулук үчүн ушул баалуулуктарды жаттап алыңыз. DKTC төмөнкүчө аныкталат:
   • Температура: 273.15 K / 0 C / 32 F
   • Басым: 760 мм рт.ст / 1 атм / 101,325 килопаскаль

2. 

   Башка өзгөрмөлөрдү табуу үчүн Клаузиус-Клапейрон теңдемесине өтүңүз. 1-бөлүктөгү мисалда, Клаузиус-Клапейрон теңдемеси таза заттардын буу басымын эсептөөгө келгенде абдан натыйжалуу экендигин көрөбүз. Бирок, бардык эле көйгөйлөр P1 же P2 табууну талап кылбайт, бирок кээде алар температураны, ал тургай ΔH маанисин табууну суранышат._vap. Бул учурда, жоопту табуу үчүн, сиз каалаган өзгөрүлмө теңдеменин бир жагында, ал эми калган бардык өзгөрүлмөлөр экинчи тарапта тургандай кылып, теңдемени которуш керек.
   • Мисалы, буу басымы 273 Кде 25 торр, 325 Кде 150 торр болгон белгисиз суюктук бар деп ойлойбуз жана биз бул суюктуктун учуучу энтальпиясын табалы деп жатабыз (ΔH_vap). Биз төмөнкүлөрдү чече алабыз:
   • 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. Эми баалуулуктарды алмаштыралы:
   • 8,314 J / (K × Mol) × (-1,79) / (- 0.00059) = ΔH_vap
   • 8,314 J / (K × Mol) × 3,033.90 = ΔH_vap = 25 223,83 Дж / моль

3. 

   Бууланганда эриген заттын буу басымын эске алыңыз. Раулт Мыйзамынын жогоруда келтирилген мисалында биздин эриген зат кант болгондуктан, ал бөлмө температурасында өзүнөн-өзү бууланып кетпейт (бир идиш кумшекердин бууланып кеткенин көрдүңүз беле?). Бирок, зат эригенде чындыгында Эгер ал бууланып кетсе, анда ал эритменин жалпы буу басымына таасир этет. Бул кысымды Рауль Мыйзамынын өзгөрүлмө теңдемесин колдонуп эсептейбиз: P_чечим = Σ (P_{ингредиент}X_{ингредиент}). (Σ) белгиси жооп табуу үчүн ар кандай компоненттердин буунун басымын кошушубуз керек дегенди билдирет.
   • Мисалы, бензол жана толуол деген эки химикаттан турган эритмебиз бар дейли. Эритменин жалпы көлөмү 120 мл; 60 мл бензол жана 60 мл толуол. Эритменин температурасы 25 ° C, ал эми ар бир химиялык компоненттин буу басымы 25 ° C бензол үчүн 95,1 мм рт.ст., толуол үчүн 28,4 мм рт. Берилген маанилер үчүн эритменин буу басымын табыңыз. Маселени эки химиянын тыгыздыгын, молярдык массасын жана буунун басымын колдонуу менен чечсек болот:
   • Көлөм (бензол): 60 мл = 0,06 L × 876,50 кг / 1,000 L = 0,053 кг = 53 г.
   • Салмак (толуол): 0,06 L × 866,90 кг / 1,000 L = 0,052 кг = 52 гр
   • Молдордун саны (бензол): 53 г × 1 моль / 78,11 г = 0,679 моль
   • Молдордун саны (толуол): 52 г × 1 моль / 92,14 г = 0,564 моль
   • Жалпы моль: 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Молярдык фракция (бензол): 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Молярдык фракция (толуол): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Жыйынтыктарды чечүү: P_чечим = P_бензолX_бензол + P_толуенX_толуен
   • P_чечим = (95,1 мм рт.ст.) (0,546) + (28,4 мм. Рт.ст.) (0,454)
   • P_чечим = 51.92 мм рт.ст. + 12.89 мм. Рт.ст. = 64,81 мм рт.ст
   жарнама

Кеңеш

• Жогорудагы Клаузиус Клапейрон теңдемесин колдонуу үчүн температураны Кевин бирдиктерине которуш керек (K менен белгиленет). Эгер температура Цельсийде болсо, анда аны төмөнкү формула менен өзгөртүңүз: Т_к = 273 + T_c
• Жогорудагы ыкмаларды колдонсоңуз болот, анткени энергия берилген жылуулуктун санына жараша болот. Суюктуктун температурасы буунун басымына таасир этүүчү экологиялык фактор гана.