Буунун басымын эсептөөнүн 3 жолу

2024 Автор: Jason Gerald | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-02-01 14:14

Бир чанач сууну ысык күндүн алдында бир нече саатка калтырып, ачканда бир аз "ышкырык" үнүн уктуңуз беле? Бул буу басымы деп аталган принципке байланыштуу. Химияда буу басымы - бул жабык идиштин дубалдары ичиндеги химиялык зат бууланганда (газга айланат) көрсөтүүчү басым. Берилген температурада буу басымын табуу үчүн Клаузиус-Клапейрон теңдемесин колдонуңуз: ln (P1/P2) = (ΔH_буу/R) ((1/T2) - (1/T1)).

Кадам

Метод 3: Клаузиус-Клапейрон теңдемесин колдонуу

Кадам 1. Клаузиус-Клапейрон теңдемесин жазыңыз

Убакыттын өтүшү менен буу басымынын өзгөрүшү менен буу басымын эсептөө үчүн колдонулган формула Клаузиус -Клапейрон теңдемеси деп аталат (физиктер Рудольф Клаузиус менен Бенуа Пол миль Клапейрондун атынан аталган.) Бул негизинен көптөгөн маселелерди чечүү үчүн керек болгон формула. Буунун басымы боюнча суроолор көбүнчө физика жана химия сабактарында кездешет. Формула мындай: ln (P1/P2) = (ΔH_буу/R) ((1/T2) - (1/T1)). Бул формулада өзгөрмөлөр төмөнкүлөрдү билдирет:

H_буу:

Суюктуктун буулануу энтальпиясы. Бул энтальпияны көбүнчө химия китебинин артындагы таблицадан табууга болот.
R:

Реалдуу/универсалдуу газ константасы, же 8.314 J/(K × Mol).
Q1:

Буунун басымы белгилүү болгон температура (же баштапкы температура).
T2:

Буунун басымы белгисиз болгон/табууну каалаган температура (же акыркы температура).
P1 жана P2:

Т1 жана Т2 температураларындагы буу басымы.

Кадам 2. Сиз билген өзгөрмөлөрдү киргизиңиз

Клаузиус-Клапейрон теңдемеси татаал көрүнөт, анткени анын ар түрдүү өзгөрмөлөрү көп, бирок туура маалыматка ээ болсоңуз, анчалык деле кыйын эмес. Негизги буу басымынын көйгөйлөрү температуранын эки маанисин жана басымдын бир маанисин же басымдын эки маанисин жана температуранын бир маанисин тизмелейт - бул теңдемени чечүү абдан оңой экенин түшүнгөндөн кийин.

Мисалы, бизге 295 К суюктукка толгон идишибиз бар экенин айткыла, анын буусу 1 атмосфера (атм). Биздин суроо: 393 Ктеги буу басымы кандай? Бизде эки температура мааниси жана бир басым мааниси бар, ошондуктан Клаузиус-Клапейрон теңдемесин колдонуу менен башка басымдын маанилерин таба алабыз. Биздин өзгөрмөлөрдү туташтыруу менен, биз алабыз ln (1/P2) = (ΔH_буу/R) ((1/393) - (1/295)).
Көңүл буруңуз, Клаузиус-Клапейрон теңдемеси үчүн сиз дайыма температуранын маанисин колдонушуңуз керек Kelvin. P1 жана P2 үчүн маанилер бирдей болгондо, сиз каалаган басымдын маанисин колдоно аласыз.

Кадам 3. Туруктууларыңызды киргизиңиз

Клаузиус-Клапейрон теңдемеси эки туруктуу: R жана H_буу. R дайыма 8.314 J/(K × Mol) барабар. Бирок, Х_буу (буулануунун энтальпиясы) сиз издеп жаткан буу басымы затка көз каранды. Жогоруда айтылгандай, адатта H маанилерин таба аласыз_буу химия же физика боюнча окуу китебинин артындагы же интернеттеги ар кандай заттар үчүн (мисалы, бул жерде.)

Биздин мисалда, суюктугубуз деп коёлу таза суу.

Эгерде биз таблицадан H маанилерин карасак_буу, биз Х_буу таза суу болжол менен 40,65 KJ/моль. Биздин H мааниси килоджоулда эмес, джоульде болгондуктан, биз аны которо алабыз 40,650 Дж/моль.
Туруктууларыбызды туташтырып, биз алабыз ln (1/P2) = (40,650/8, 314) ((1/393) - (1/295)).

4 -кадам. Теңдемени чечиңиз

Сиз издеп жүргөндөн башка теңдемеге бардык өзгөрмөлөрдү киргизгенден кийин, кадимки алгебранын эрежелери боюнча теңдемени чечүүгө өтүңүз.

Теңдемебизди чыгаруунун бир гана кыйын бөлүгү (ln (1/P2) = (40,650/8, 314) ((1/393) - (1/295))) табигый журналды (ln) чечип жатат. Табигый журналды алып салуу үчүн, теңдеменин эки тарабын математикалык туруктуу e үчүн көрсөткүч катары колдонуңуз. Башкача айтканда, ln (x) = 2 → e^{ln (x)} = e² → x = e².
Эми теңдемебизди чечели:
ln (1/P2) = (40,650/8, 314) ((1/393) - (1/295))
ln (1/P2) = (4889, 34) (-0, 00084)
(1/P2) = д^{(-4, 107)}
1/P2 = 0.0165
P2 = 0.0165^-1 = 60, 76 атм.

Бул акылга сыярлык - жабык идиште температураны дээрлик 100 градуска (кайноо чекитинен 20 градуска чейин) көтөрүү көп буу чыгарат, басым тездик менен жогорулайт.

Метод 2 3: эриген эритме менен буу басымын табуу

Кадам 1. Рауль мыйзамын жазыңыз

Чыныгы жашоодо биз таза суюктук менен сейрек иштейбиз - адатта, биз бир нече түрдүү заттардын аралашмасы болгон суюктук менен иштейбиз. Кээ бир эң көп колдонулган аралашмалар, эритүүчү деп аталган көптөгөн химиялык заттарда эритүүчү деп аталган белгилүү бир химикатты аз өлчөмдө эритүү менен жасалат. Мындай учурларда, Рауль мыйзамы (физик Франсуа-Мари Раультун атынан аталган) теңдемесин билүү пайдалуу, ал мындайча жазылган: П_эриген= P_{эриткич}X_{эриткич}. Бул формулада өзгөрмөлөр билдирет;

П_эриген:

Бүт эритменин буу басымы (бардык элементтер бириктирилген)
П_{эриткич}:

Эриткичтин буу басымы
X_{эриткич}:

Эриткичтин мол үлүшү
Эгерде сиз моль фракциясы сыяктуу терминдерди билбесеңиз, кабатыр болбоңуз - биз аларды кийинки кадамдарда түшүндүрөбүз.

Кадам 2. Эриткичти жана эритүүчүңүздү чечиңиз

Аралаш суюктуктун буу басымын эсептөөдөн мурун, сиз колдонгон заттарды аныктооңуз керек. Эскерте кетсек, эриткич эригичте ээригенде эритме пайда болот - ээрүүчү химикатты дайыма эриген зат, ал эми ээритүүчү химикатты дайыма эритүүчү деп аташат.

Келгиле, биз талкуулаган түшүнүктөрдү көрсөтүү үчүн ушул бөлүмдөгү жөнөкөй мисалдарды колдонуп иштейли. Биздин мисал үчүн, шекер сиропунун буу басымын табууну каалайбыз дейли. Адаттагыдай, кант сиропу сууда ээрүүчү кант (1: 1 катышы), ошондуктан биз муну айта алабыз кант - биздин ээригичибиз, суу - биздин ээритүүчүбүз.
Сахарозанын (стол канты) химиялык формуласы C экенин эске алыңыз₁₂H₂₂О₁₁. Бул химиялык формула абдан маанилүү болот.

3 -кадам. Эритменин температурасын табыңыз

Жогоруда Клаузиус Клапейрон бөлүмүндө көргөнүбүздөй, суюктуктун температурасы анын буусунун басымына таасир этет. Жалпысынан алганда, температура канчалык жогору болсо, буу басымы ошончолук жогору болот - температура көтөрүлгөн сайын суюктуктун көбү бууланып, буу пайда болот, контейнердеги басым көбөйөт.

Биздин мисалда, бул учурда кант сиропунун температурасы дейли 298 K (болжол менен 25 С).

4 -кадам. Эриткичтин буу басымын табыңыз

Химиялык маалымдама материалдары көбүнчө көп колдонулган заттар жана бирикмелер үчүн буу басымынын маанилерине ээ, бирок бул басымдын мааниси, эгерде зат 25 С/298 К же анын кайноо температурасына ээ болсо гана жарактуу болот. Эгерде сиздин чечимиңизде бул температуралардын бири бар болсо, анда сиз шилтеме маанисин колдоно аласыз, бирок андай болбосо, ошол температурада буу басымын табышыңыз керек болот.

Клаузиус -Клапейрон жардам бере алат - тиешелүү түрдө P1 жана T1 үчүн шилтеме буу басымын жана 298 К (25 С) колдонуңуз.
Биздин мисалда, биздин аралашмабыз 25 С температурага ээ, андыктан биз оңой таблицабызды оңой колдоно алабыз. Биз 25 С температурада суунун буу басымына ээ экенин билебиз 23.8 мм рт

5 -кадам. Эриткичтериңиздин моль бөлүгүн табыңыз

Муну чечүүдөн мурун кылышыбыз керек болгон акыркы нерсе - эриткичибиздин моль бөлүгүн табуу. Моль бөлүгүн табуу оңой: жөн гана кошулмаларыңызды мольго айландырыңыз, андан кийин заттын жалпы санындагы ар бир кошулманын пайызын табыңыз. Башкача айтканда, ар бир кошулманын молдук үлүшү барабар (моль кошулмасы)/(заттагы молдердин жалпы саны).

Кант сиропун колдонуу үчүн биздин рецепт дейли 1 литр (L) суу жана 1 литр сахароза (шекер).

Бул учурда, биз ар бир кошулманын мол санын табышыбыз керек. Бул үчүн, биз ар бир кошулманын массасын табабыз, анан аны мольго айландыруу үчүн заттын молярдык массасын колдонобуз.
Массасы (1 л суу): 1,000 грамм (г)
Массасы (1 л чийки шекер): Болжол менен 1,056, 8 гр
Моль (суу): 1,000 грамм × 1 моль/18,015 г = 55,51 моль
Моль (сахароза): 1,056, 7 грамм × 1 моль/342,2965 г = 3,08 моль (сахарозанын молярдык массасын анын химиялык формуласынан, С₁₂H₂₂О₁₁.)
Жалпы моль: 55.51 + 3.08 = 58.59 моль
Суунун мол үлүшү: 55, 51/58, 59 = 0, 947

Кадам 6. Аяктоо

Акыр -аягы, бизде Рауль мыйзамынын теңдемесин чечүү үчүн керектүү нерселердин баары бар. Бул бөлүк абдан оңой: жөн гана ушул бөлүмдүн башындагы жөнөкөйлөтүлгөн Рауль мыйзам теңдемесиндеги өзгөрмөлөр үчүн баалуулуктарыңызды киргизиңиз (П_эриген = P_{эриткич}X_{эриткич}).

Биздин баалуулуктарды киргизип, биз:
П_чечим = (23,8 мм рт. С.) (0, 947)
П_чечим = 22,54 мм Hg.

Жыйынтык мааниге ээ - моль жагынан алганда, көп сууда ээриген кант өтө аз (бирок реалдуу дүйнөдө эки ингредиенттин көлөмү бирдей), ошондуктан буу басымы бир аз гана төмөндөйт.

Метод 3 3: Өзгөчө учурларда буу басымын табуу

Кадам 1. Стандарттык температура жана басым шарттары менен сак болуңуз

Илимпоздор көп учурда температура менен басымдын маанилерин колдонууга оңой "стандарт" катары колдонушат. Бул баалуулуктар Стандарттык Температура жана Басым (же STP) деп аталат. Буу басымынын көйгөйлөрү көбүнчө STP шарттарына тиешелүү, ошондуктан бул баалуулуктарды эстен чыгарбоо керек. STP баалуулуктары төмөнкүдөй аныкталат:

Температура: 273, 15 K / 0 C / 32 F
Басым: 760 мм рт / 1 атм / 101, 325 килопаскаль

Кадам 2. Башка өзгөрмөлөрдү табуу үчүн Клаузиус-Клапейрон теңдемесин кайра иреттеңиз

1 -бөлүктөгү биздин мисалда Клаузиус -Клапейрон теңдемеси таза заттар үчүн буу басымын табууда абдан пайдалуу экенин көрдүк. Бирок, бардык суроолор сизден P1 же P2 издөөнү суранбайт - көптөр сизден температуранын маанисин же кээде H маанисин табууну сурашат._буу. Бактыга жараша, бул учурларда, туура жооп алуу - жөн гана теңдемени иретке келтирүү, сиз чечүүнү каалаган өзгөрмөлөр барабар белгинин бир жагында өзүнчө болот.

Мисалы, бизде белгисиз суюктук бар, анын басымы 273 К болгондо 25 torr жана 325 K болгондо 150 torr, жана биз бул суюктуктун буулануу энтальпиясын табууну каалайбыз (ΔH_буу). Биз муну мындай чече алабыз:
ln (P1/P2) = (ΔH_буу/R) ((1/T2) - (1/T1))
(ln (P1/P2))/((1/T2) - (1/T1)) = (ΔH_буу/R)
R × (ln (P1/P2))/((1/T2) - (1/T1)) = H_буу Эми биз баалуулуктарыбызды киргизебиз:
8, 314 J/(K × Mol) × (-1, 79)/(-0, 00059) = H_буу
8, 314 J/(K × Mol) × 3,033, 90 = H_буу = 25,223, 83 J/моль

3 -кадам. Зат буу чыгарганда эриген заттын буу басымын эсептеңиз

Жогорудагы биздин Raoult Мыйзамы мисалында, биздин эриген кантыбыз кадимки температурада эч кандай кысым көрсөтпөйт (ойлонуп көрүңүз - үстүңкү шкафыңызда бир чөйчөк канттын бууланганын акыркы жолу качан көрдүңүз эле?) Бирок, эриген затыңыз качан бууланып, бул сиздин буу басымыңызга таасирин тийгизет. Биз муну Рауль мыйзамынын теңдемесинин өзгөртүлгөн версиясын колдонуу менен эсептейбиз: П_чечим = (Б_{кошулма}X_{кошулма}) Сигма (Σ) белгиси биз жооп алуу үчүн ар кандай кошулмалардын бардык буу басымдарын кошуубуз керектигин билдирет.

Мисалы, бизде эки химиялык заттан турган чечим бар дейли: бензол жана толуол. Эритменин жалпы көлөмү 12 миллилитр (мл); 60 мл бензол жана 60 мл толуол. Эритменин температурасы 25 ° C жана бул химиялык заттардын ар биринин 25 ° Cдагы буу басымдары бензол үчүн 95,1 мм рт., Толуол үчүн 28,4 мм рт. Бул маанилер менен эритменин буу басымын табыңыз. Биз муну эки химикатыбыз үчүн стандарттык тыгыздыкты, молярдык массаны жана буу басымынын маанилерин колдонуу менен төмөнкүчө жасай алабыз:
Массасы (бензол): 60 мл = 0,060 л & жолу 876,50 кг/1,000 л = 0,053 кг = 53 гр
Массасы (толуол): 0.060 L & жолу 866, 90 кг/1,000 L = 0.052 кг = 52 гр
Мол (бензол): 53 г × 1 моль/78, 11 г = 0,679 моль
Моль (толуол): 52 г × 1 моль/92, 14 г = 0,564 моль
Жалпы моль: 0.679 + 0.564 = 1.243
Моль фракциясы (бензол): 0.679/1, 243 = 0.546
Моль фракциясы (толуол): 0.564/1, 243 = 0.454
Чечим: П_чечим = P_бензолX_бензол + P_толуолX_толуол
П_чечим = (95,1 мм рт. С.) (0, 546) + (28,4 мм рт. С.) (0, 454)
П_чечим = 51,92 мм рт. С. + 12,89 мм рт. С. = 64, 81 мм Hg

Кеңештер

Жогорудагы Клаузиус Клапейрон теңдемесин колдонуу үчүн температураны Келвин (K деп жазуу) менен өлчөө керек. Эгерде сизде Цельсий боюнча температура болсо, анда аны төмөнкү формула менен алмаштырууңуз керек: Т._к = 273 + T_в
Жогорудагы ыкмаларды колдонсо болот, анткени энергия колдонулган жылуулуктун санына так пропорционалдуу. Суюктуктун температурасы буу басымына таасир этүүчү экологиялык фактор.