Contenuto

• Passi
• Metodo 1 di 3: utilizzo dell'equazione Clapeyron-Clausius
• Metodo 2 di 3: Calcolo della tensione di vapore nelle soluzioni
• Metodo 3 di 3: Calcolo della pressione del vapore in casi speciali
• Consigli

Hai mai lasciato una bottiglia d'acqua per diverse ore sotto il sole cocente e hai sentito un sibilo quando l'hai aperta? Questo suono è causato dalla pressione del vapore. In chimica, la tensione di vapore è la pressione esercitata dal vapore di un liquido che evapora in un contenitore ermeticamente chiuso. Per trovare la tensione di vapore ad una data temperatura, usa l'equazione di Clapeyron-Clausius: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1/T2) - (1 / T1)).

Passi

Metodo 1 di 3: utilizzo dell'equazione Clapeyron-Clausius

1. 1 Annota l'equazione di Clapeyron-Clausius che viene utilizzata per calcolare la pressione di vapore mentre cambia nel tempo. Questa formula può essere utilizzata per la maggior parte dei problemi fisici e chimici. L'equazione è simile a questa: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1/T2) - (1 / T1)), dove:
   • H_vap È l'entalpia di vaporizzazione del liquido. Di solito si trova in una tabella nei libri di testo di chimica.
   • R - costante del gas pari a 8,314 J / (K × mol)
   • T1 è la temperatura iniziale (alla quale è nota la tensione di vapore).
   • T2 è la temperatura finale (alla quale la tensione di vapore è sconosciuta).
   • P1 e P2 - pressione del vapore alle temperature T1 e T2, rispettivamente.
2. 2 Sostituisci i valori delle quantità che ti sono state date nell'equazione Clapeyron-Clausius. La maggior parte dei problemi fornisce due valori di temperatura e un valore di pressione, o due valori di pressione e un valore di temperatura.
   • Ad esempio, un recipiente contiene liquido a una temperatura di 295 K e la sua pressione di vapore è di 1 atmosfera (1 atm). Trova la pressione del vapore a 393 K. Qui ti vengono date due temperature e una pressione, quindi puoi trovare una pressione diversa usando l'equazione di Clapeyron-Clausius. Sostituendo i valori che ti sono stati dati nella formula, ottieni: ln (1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1/393) - (1/295)).
   • Si noti che nell'equazione Clapeyron-Clausius, la temperatura è sempre misurata in kelvin e la pressione in qualsiasi unità di misura (ma devono essere uguali per P1 e P2).
3. 3 Sostituisci le costanti. L'equazione Clapeyron-Clausius contiene due costanti: R e ΔH_vap... R è sempre 8,314 J / (K × mol). valore H_vap (entalpia di vaporizzazione) dipende dalla sostanza, la cui tensione di vapore si sta cercando di trovare; questa costante si trova solitamente in una tabella nei libri di testo di chimica o sui siti web (per esempio, qui).
   • Nel nostro esempio, diciamo che c'è acqua nella nave. H_vap l'acqua è pari a 40,65 kJ/mol o uguale a 40650 J/mol.
   • Inserisci le costanti nella formula e ottieni: ln (1/P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 Risolvi l'equazione usando le operazioni algebriche.
   • Nel nostro esempio, la variabile sconosciuta è sotto il segno del logaritmo naturale (ln). Per eliminare il logaritmo naturale, converti entrambi i lati dell'equazione alla potenza della costante matematica "e". In altre parole, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Ora risolvi l'equazione:
   • ln (1 / P2) = (40650 / 8.314) ((1/393) - (1/295))
   • ln (1 / P2) = (4889,34) (- 0,00084)
   • (1 / P2) = e
   • 1 / P2 = 0,0165
   • P2 = 0,0165 = 60,76 atm. Ciò ha senso, poiché l'aumento della temperatura in un recipiente ermeticamente sigillato di 100 gradi aumenterà la vaporizzazione, che aumenterà significativamente la pressione del vapore.

Metodo 2 di 3: Calcolo della tensione di vapore nelle soluzioni

1. 1 Scrivi la legge di Raoult. Nella vita reale, i liquidi puri sono rari; spesso ci occupiamo di soluzioni. Una soluzione si ottiene aggiungendo una piccola quantità di una certa sostanza chimica chiamata "soluto" a una quantità maggiore di un'altra sostanza chimica chiamata "solvente". Nel caso di soluzioni, usa la legge di Raoult:P_soluzione = P_solventeX_solvente, dove:
   • P_soluzione È la tensione di vapore della soluzione.
   • P_solvente È la tensione di vapore del solvente.
   • X_solvente - la frazione molare del solvente.
   • Se non sai cos'è una frazione molare, continua a leggere.
2. 2 Determina quale sostanza sarà il solvente e quale sarà il soluto. Ricorda che un soluto è una sostanza che si dissolve in un solvente e un solvente è una sostanza che dissolve un soluto.
   • Considera un esempio di sciroppo. Per ottenere uno sciroppo, una parte di zucchero viene sciolta in una parte di acqua, quindi lo zucchero è un soluto e l'acqua è un solvente.
   • Nota che la formula chimica del saccarosio (zucchero comune) è C₁₂h₂₂oh₁₁... Ne avremo bisogno in futuro.
3. 3 Trova la temperatura della soluzione, poiché influenzerà la sua pressione di vapore. Maggiore è la temperatura, maggiore è la pressione del vapore, poiché la vaporizzazione aumenta all'aumentare della temperatura.
   • Nel nostro esempio, supponiamo che la temperatura dello sciroppo sia di 298 K (circa 25 ° C).
4. 4 Trova la tensione di vapore del solvente. I valori di pressione di vapore per molte sostanze chimiche comuni sono forniti nei manuali di chimica, ma questi sono generalmente indicati a temperature di 25 ° C / 298 K o ai loro punti di ebollizione. Se nel problema ti vengono fornite tali temperature, usa i valori dei libri di riferimento; in caso contrario, è necessario calcolare la tensione di vapore ad una data temperatura della sostanza.
   • Per fare ciò, utilizzare l'equazione Clapeyron-Clausius, sostituendo la pressione di vapore e la temperatura di 298 K (25 ° C) invece di P1 e T1, rispettivamente.
   • Nel nostro esempio, la temperatura della soluzione è di 25 ° C, quindi utilizzare il valore delle tabelle di riferimento: la pressione di vapore dell'acqua a 25 ° C è 23,8 mmHg.
5. 5 Trova la frazione molare del solvente. Per fare ciò, trova il rapporto tra il numero di moli di una sostanza e il numero totale di moli di tutte le sostanze nella soluzione. In altre parole, la frazione molare di ciascuna sostanza è (numero di moli della sostanza) / (numero totale di moli di tutte le sostanze).
   • Diciamo che hai usato 1 litro d'acqua e 1 litro di saccarosio (zucchero) per fare uno sciroppo. In questo caso, è necessario trovare il numero di moli di ciascuna sostanza. Per fare ciò, è necessario trovare la massa di ciascuna sostanza e quindi utilizzare le masse molari di queste sostanze per ottenere talpe.
   • Peso di 1 litro d'acqua = 1000 g
   • Peso di 1 litro di zucchero = 1056,7 g
   • Mole (acqua): 1000 g × 1 mol / 18,015 g = 55,51 mol
   • Mole (saccarosio): 1056,7 g × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 mol (nota che puoi trovare la massa molare del saccarosio dalla sua formula chimica C₁₂h₂₂oh₁₁).
   • Numero totale di moli: 55,51 + 3,08 = 58,59 mol
   • Frazione molare dell'acqua: 55,51 / 58,59 = 0,947.
6. 6 Ora inserisci i dati e i valori trovati delle quantità nell'equazione di Raoult fornita all'inizio di questa sezione (P_soluzione = P_solventeX_solvente).
   • Nel nostro esempio:
   • P_soluzione = (23,8 mmHg) (0,947)
   • P_soluzione = 22,54 mmHg Arte. Ciò ha senso, poiché una piccola quantità di zucchero viene sciolta in una grande quantità di acqua (se misurata in moli; la loro quantità è la stessa in litri), quindi la pressione del vapore diminuirà leggermente.

Metodo 3 di 3: Calcolo della pressione del vapore in casi speciali

1. 1 Definizione di condizioni standard. Spesso in chimica, i valori di temperatura e pressione vengono utilizzati come una sorta di valore "predefinito". Questi valori sono chiamati temperatura e pressione standard (o condizioni standard). Nei problemi di pressione del vapore, vengono spesso menzionate condizioni standard, quindi è meglio ricordare i valori standard:
   • Temperatura: 273,15 K / 0˚C / 32 F
   • Pressione: 760 mmHg / 1 atm / 101,325 kPa
2. 2 Riscrivi l'equazione di Clapeyron-Clausius per trovare altre variabili. La prima sezione di questo articolo ha mostrato come calcolare le pressioni di vapore delle sostanze pure. Tuttavia, non tutti i problemi richiedono di trovare la pressione P1 o P2; in molti problemi è necessario calcolare la temperatura o il valore di ΔH_vap... In tali casi, riscrivi l'equazione Clapeyron-Clausius isolando l'incognita su un lato dell'equazione.
   • Ad esempio, dato un liquido sconosciuto, la cui tensione di vapore è 25 Torr a 273 K e 150 Torr a 325 K. È necessario trovare l'entalpia di vaporizzazione di questo liquido (cioè ΔH_vap). La soluzione a questo problema:
   • 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 Ora sostituisci i valori dati per te:
   • 8,314 J / (K × mol) × (-1,79) / (- 0,00059) = ΔH_vap
   • 8,314 J / (K × mol) × 3033,90 = ΔH_vap = 25223,83 J/mol
3. 3 Considera la tensione di vapore del permeato. Nel nostro esempio della seconda sezione di questo articolo, il soluto - lo zucchero - non evapora, ma se il soluto produce vapore (evapora), dovrebbe essere presa in considerazione la pressione del vapore. Per fare ciò, usa una forma modificata dell'equazione di Raoult: P_soluzione = (P_sostanzaX_sostanza), dove il simbolo Σ (sigma) significa che è necessario aggiungere i valori delle pressioni di vapore di tutte le sostanze che compongono la soluzione.
   • Ad esempio, considera una soluzione composta da due sostanze chimiche: benzene e toluene. Il volume totale della soluzione è di 120 millilitri (ml); 60 ml di benzene e 60 ml di toluene.La temperatura della soluzione è 25 ° C e la pressione del vapore a 25 ° C è 95,1 mm Hg. per benzene e 28,4 mm Hg. per il toluene. È necessario calcolare la tensione di vapore della soluzione. Possiamo farlo usando le densità delle sostanze, i loro pesi molecolari e i valori di tensione di vapore:
   • Peso (benzene): 60 ml = 0,06 l × 876,50 kg / 1000 l = 0,053 kg = 53 g
   • Massa (toluene): 0,06 L × 866,90 kg / 1000 L = 0,052 kg = 52 g
   • Mole (benzene): 53 g × 1 mol / 78,11 g = 0,679 mol
   • Mole (toluene): 52 g × 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol
   • Numero totale di moli: 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Frazione molare (benzene): 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Frazione molare (toluene): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Soluzione: P_soluzione = P_benzeneX_benzene + P_tolueneX_toluene
   • P_soluzione = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • P_soluzione = 51,92 mmHg. Arte. + 12,89 mm Hg. Arte. = 64,81 mmHg Arte.

Consigli

• Per utilizzare l'equazione di Clapeyron Clausius, la temperatura deve essere specificata in gradi Kelvin (indicati con K). Se la tua temperatura è espressa in gradi Celsius, devi convertirla utilizzando la seguente formula: T_K = 273 + T_C
• Il metodo sopra funziona perché l'energia è direttamente proporzionale alla quantità di calore. La temperatura del liquido è l'unico fattore ambientale che influenza la pressione di vapore.