Tarkib

• Qadamlar
• Maslahat

Siz bir necha soat davomida bir shisha suvni quyoshda qoldirib, qopqog'ini ochib, kichkina "pop" eshitganmisiz? Bu ovoz kerak bug 'bosimi sabab shishasida. Kimyoda bug 'bosimi - bu idishdagi suyuqlik bug'langanda (gazga aylanganda) yopiq idish devoriga ta'sir qiladigan bosim. Ma'lum bo'lgan haroratda bug 'bosimini topish uchun Klauzius-Klapeyron tenglamasidan foydalaning: ln (P1 / P2) = (DH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Qadamlar

3-usulning 1-usuli: Klauziy-Klapeyron tenglamasidan foydalaning

1. 

   Klauziy-Klapeyron tenglamasini yozing. Bug 'bosimining vaqt o'tishi bilan o'zgarishini ko'rib chiqishda bug' bosimini hisoblash formulasi Klauziy-Klapeyron tenglamasi (fiziklar Rudolf Klauziy va Benoit Pol Emil Klapeyron nomlari bilan). Bu fizika va kimyoda keng tarqalgan bug 'bosimi muammolarini hal qilish uchun keng qo'llaniladigan formuladir. Formula quyidagicha yoziladi: ln (P1 / P2) = (DH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)). Ushbu formulada o'zgaruvchilar quyidagilarni ifodalaydi:
   • ΔH_vap: Suyuqlikning bug'lanish entalpiyasi Ushbu qiymatni kimyo darsligi oxiridagi jadvalda topish mumkin.
   • R: Ideal gaz doimiysi va 8314 J / (K × Mol) ga teng.
   • T1: Bug 'bosimi ma'lum bo'lgan harorat (dastlabki harorat).
   • T2: Bug 'bosimi talab qilinadigan harorat (oxirgi harorat).
   • P1 va P2: T1 va T2 haroratlarda mos keladigan bug 'bosimi.

2. 

   
   
   O'zgaruvchilar uchun ma'lum qiymatlarni almashtiring. Klauziy-Klapeyron tenglamasi juda murakkab ko'rinadi, chunki turli xil o'zgaruvchilar juda ko'p, ammo agar muammo etarli ma'lumot beradigan bo'lsa, bu juda qiyin emas. Bug 'bosimining eng asosiy muammolari sizga haroratning ikkita qiymatini va bosimning bitta qiymatini yoki bosimning ikkita qiymatini va haroratning bitta qiymatini beradi - agar siz ushbu ma'lumotlarga ega bo'lsangiz, ularni hal qilish oson.
   • Masalan, muammo 295 K haroratda va 1 atmosfera (atm) bug 'bosimi bo'lgan suyuqlik idishida bo'lsa, deylik. Savol: 393 K haroratdagi bug 'bosimi qancha? Bizda harorat uchun ikkita, bosim uchun bitta qiymat bor, shuning uchun qolgan bosimni Klauzius-Klapeyron tenglamasi yordamida hal qilish mumkin. O'zgaruvchilarga qiymatlarni qo'yish, bizda mavjud ln (1 / P2) = (DH_vap/ R) ((1/393) - (1/295)).
   • Klauziy-Klapeyron tenglamasi uchun har doim harorat qiymatidan foydalanishimiz kerak Kelvin. P1 va P2 uchun bir xil birliklarda bo'lgan har qanday bosimdan foydalanishingiz mumkin.

3. 

   
   
   Konstantalarni almashtiring. Klauziy-Klapeyron tenglamasi ikkita doimiyga ega: R va DH_vap. R har doim 8,314 J / (K × Mol) ga teng. Biroq, ΔH_vap (uchuvchan entalpiya) muammo bilan berilgan bug'lanadigan suyuqlik turiga bog'liq. Shu bilan siz ΔH qiymatlarini qidirishingiz mumkin_vap kimyo yoki fizika darsliklari oxirida turli xil moddalarni yoki Internetda qidirib toping (masalan, bu erda.)
   • Yuqoridagi misolda, suyuqlikni faraz qiling toza suv. Agar jadval qiymatini H ga qaratsangiz_vapBizda ΔH bor_vap tozalangan suv taxminan 40,65 kJ / mol. H qiymati joul birliklaridan foydalanganligi sababli, biz uni aylantirishimiz kerak 40 650 J / mol.
   • Konstantalarni tenglamaga qo'yish bizda mavjud ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295)).

4. 

   
   
   Tenglamani eching. Tenglama o'zgaruvchilariga barcha qiymatlarni kiritganingizdan so'ng, biz hisoblayotgan o'zgaruvchidan tashqari, odatdagi algebraik printsipga ko'ra tenglamani echishda davom eting.
   • Tenglamani echishda eng qiyin nuqta (ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295))) tabiiy logaritmik funktsiyani (ln) qayta ishlash. Tabiiy jurnal funktsiyasini yo'q qilish uchun tenglamaning ikkala tomonini matematik konstantaning ko'rsatkichi sifatida foydalaning e. Boshqa so'z bilan aytganda, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Endi misolning tenglamasini echamiz:
   • ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295))
   • ln (1 / P2) = (4,889.34) (- 0.00084)
   • (1 / P2) = e
   • 1 / P2 = 0,0165
   • P2 = 0.0165 = 60,76 atm. Bu qiymat oqilona - yopiq idishda harorat deyarli 100 darajaga ko'tarilganda (suvning qaynash nuqtasidan taxminan 20 daraja haroratgacha) bug 'ko'p hosil bo'ladi, shuning uchun bosim oshadi. ko'p.
   reklama

3 dan 2-usul: Erigan eritmaning bug 'bosimini toping

1. 

   Raul qonunini yozing. Aslida, biz kamdan-kam hollarda toza suyuqlik bilan ishlaymiz - ko'pincha biz turli xil moddalar aralashmalari bilan ishlashimiz kerak. Ba'zi oddiy aralashmalar ozgina miqdorda kimyoviy moddalarni eritib yuborish orqali hosil bo'ladi erigan deb nomlangan boshqa kimyoviy moddalarning katta miqdorida Erituvchi shakllantirmoq yechim. Bunday holda biz Raul qonuni (fizik Fransua-Mari Raul nomidagi) tenglamasini bilishimiz kerak, bu quyidagicha ko'rinadi: P_yechim= P_ErituvchiX_Erituvchi. Ushbu formulada o'zgaruvchilar quyidagilarni ifodalaydi:
   • P_yechim: Barcha eritmaning bug 'bosimi (barcha eritma komponentlari)
   • P_Erituvchi: Erituvchi bug 'bosimi
   • X_Erituvchi: Erituvchining molyar qismi.
   • Agar siz hali ham "molar qism" atamasini bilmasangiz, tashvishlanmang - biz buni keyingi bosqichlarda tushuntiramiz.

2. 

   Eritmadagi erituvchilar va erituvchilarni ajrating. Eritmaning bug 'bosimini hisoblashdan oldin, muammo bilan berilgan moddalarni aniqlash kerak. E'tibor bering, erituvchi erituvchida eritilganda eritma hosil bo'ladi - eritilgan kimyoviy har doim ham eriydi va ishni bajaradigan kimyoviy moddalar erituvchidir.
   • Ushbu bo'limda biz yuqoridagi tushunchalarni tasvirlash uchun oddiy misolni ko'rib chiqamiz. Aytaylik, biz sirop eritmasining bug 'bosimini topmoqchimiz. Odatda sirop shakarning bir qismida erigan shakarning bir qismidan tayyorlanadi, demak biz aytamiz shakar erigan, suv esa erituvchidir.
   • Izoh: saxaroza (shakarli shakar) ning kimyoviy formulasi C₁₂H₂₂O₁₁. Siz ushbu ma'lumotni juda muhim deb bilasiz.

3. 

   Eritmaning haroratini toping. Yuqorida aytib o'tilgan Klauziy Klapeyron bo'limida ko'rib turganimizdek, suyuqlikning harorati uning bug 'bosimiga ta'sir qiladi. Umuman olganda, harorat qancha yuqori bo'lsa, bug 'bosimi shuncha yuqori bo'ladi - harorat oshgani sayin ko'proq suyuqlik bug'lanadi va idishdagi bosimni oshiradi.
   • Ushbu misolda siropning hozirgi harorati shunday deb taxmin qiling 298 K (taxminan 25 C).

4. 

   Erituvchining bug 'bosimini toping. Kimyoviy havolalar odatda ko'plab oddiy moddalar va aralashmalar uchun bug 'bosimi qiymatlarini beradi, lekin odatda faqat 25 ° C / 298 K yoki qaynash haroratidagi bosim qiymatlari. Agar sizning eritmangiz bu haroratga ega bo'lsa, unda siz mos yozuvlar qiymatidan foydalanishingiz mumkin, aks holda siz eritmaning dastlabki haroratida bug 'bosimini topishingiz kerak.
   • P1 va T1 uchun bosim va harorat 298 K (25 C) dan foydalangan holda, Klauziy-Klapeyron tenglamasi yordam berishi mumkin.
   • Ushbu misolda aralash 25 ° C haroratga ega, shuning uchun biz qidiruv jadvalidan foydalanishimiz mumkin. Bug 'bosimi 25 ° S bo'lgan suvni ko'ramiz 23,8 mm simob ustuni

5. 

   Erituvchining molyar qismini toping. Natijalarni hal qilishdan oldin bajarishingiz kerak bo'lgan oxirgi narsa bu erituvchining molyar qismini topishdir. Bu juda oson: faqat ingredientlarni molga aylantiring, so'ngra aralashmaning umumiy mollarining har birining foizini toping. Boshqacha qilib aytganda, har bir komponentning molyar qismi tengdir (aralashmaning mollari soni) / (aralashmaning umumiy mollari).
   • Sirobning retsepti shunday deb taxmin qiling 1 litr (L) suv va 1 litr saxaroza (shakar). Keyin har bir ingredientning mol sonini topishimiz kerak. Buning uchun biz har bir komponentning massasini topamiz, so'ngra mollarni ishlab chiqish uchun ushbu komponentlarning molyar massasidan foydalanamiz.
   • Og'irligi (1 L suv): 1000 gram (g)
   • Og'irligi (1 L xom shakar): Taxminan 1 056,7 g
   • Mol (suv) soni: 1000 gramm × 1 mol / 18,015 g = 55,51 mol
   • Mollar (shakar): 1056,7 gramm × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 mol (Shakarning molar massasini uning kimyoviy formulasidan, C₁₂H₂₂O₁₁.)
   • Jami mol: 55.51 + 3.08 = 58.59 mol
   • Suvning molyar ulushi: 55.51 / 58.59 = 0,947

6. 

   Natijalarni hal qilish. Va nihoyat, bizda Raoult tenglamasini echish uchun etarli ma'lumotlar mavjud. Bu juda oson: qiymatlarni ushbu bo'lim boshida keltirilgan Raoult teoremasi tenglamasining o'zgaruvchilariga ulang (P_yechim = P_ErituvchiX_Erituvchi).
   • Qiymatlarni almashtirish bilan bizda quyidagilar mavjud:
   • P_yechim = (23,8 mm simob ustuni) (0,947)
   • P_yechim = 22,54 mm simob ustuni. Bu natija oqilona - molyariya nuqtai nazaridan ozgina shakar ko'p miqdordagi suvda eriydi (garchi bu ikkalasi aslida bir xil hajmda bo'lsa ham), shuning uchun bug 'bosimi faqat biroz pasayadi.
   reklama

3-dan 3-usul: Maxsus holatlarda bug 'bosimini toping

1. 

   Standart bosim va harorat sharoitlarini aniqlang. Olimlar ko'pincha bosim va harorat ko'rsatkichlarining juftligini "standart" shartlar sifatida ishlatishadi. Ushbu qiymatlar standart bosim va harorat deb nomlanadi (birgalikda standart holat yoki DKTC deb nomlanadi). Bug 'bosimi bilan bog'liq muammolar ko'pincha DKTCga murojaat qiladi, shuning uchun qulaylik uchun ushbu qiymatlarni yodlab olishingiz kerak. DKTC quyidagicha ta'riflanadi:
   • Harorat: 273.15 K / 0 C / 32 F
   • Bosim: 760 mm simob ustuni / 1 atm / 101,325 kilopaskal

2. 

   Boshqa o'zgaruvchilarni topish uchun Klauziy-Klapeyron tenglamasiga o'ting. 1-qismdagi misolda biz Klauziy-Klapeyron tenglamasi sof moddalarning bug 'bosimini hisoblashda juda samarali ekanligini ko'ramiz. Biroq, barcha muammolar P1 yoki P2 ni topishni talab qilmaydi, lekin ular ko'p marta hatto haroratni yoki hatto ΔH qiymatini topishni so'rashadi._vap. Bunday holda, javobni topish uchun faqat kerakli o'zgaruvchi tenglamaning bir tomonida, qolgan barcha o'zgaruvchilar esa boshqa tomonda bo'lishi uchun tenglamani almashtirish kerak.
   • Masalan, bug 'bosimi 273 K da 25 torr, 325 K da 150 torr bo'lgan noma'lum suyuqlik bor deb faraz qilaylik va biz bu suyuqlikning uchuvchi entalpiyasini topmoqchimiz (DH_vap). Biz quyidagilarni hal qilishimiz mumkin:
   • ln (P1 / P2) = (DH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1))
   • (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = (ΔH_vap/ R)
   • R × (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = DH_vap. Endi qiymatlarni almashtiramiz:
   • 8,314 J / (K × Mol) × (-1,79) / (- 0.00059) = DH_vap
   • 8,314 J / (K × Mol) × 3,033.90 = DH_vap = 25 223,83 J / mol

3. 

   Bug'langanda erigan moddaning bug 'bosimini hisobga oling. Raul qonunining yuqoridagi misolida bizning eritilgan eritma shakar, shuning uchun u xona haroratida o'z-o'zidan bug'lanib ketmaydi (bir piyola shakar bug'langanda ko'rganmisiz?). Biroq, modda eriydi haqiqatan ham Agar u bug'lanib qolsa, bu eritmaning umumiy bug 'bosimiga ta'sir qiladi. Ushbu bosimni Raul qonunining o'zgaruvchan tenglamasi yordamida hisoblaymiz: P_yechim = Σ (P_ingredientX_ingredient). (D) belgisi biz javob topish uchun har xil tarkibiy qismlarning barcha bug 'bosimlarini qo'shishimiz kerakligini anglatadi.
   • Masalan, bizda ikkita kimyoviy: benzol va toluoldan iborat eritma bor deylik. Eritmaning umumiy hajmi 120 ml ni tashkil qiladi; 60 ml benzol va 60 ml toluol. Eritma harorati 25 ° C va har bir kimyoviy komponentning 25 ° C da bug 'bosimi benzol uchun 95,1 mm simob ustuni, toluen uchun 28,4 mm simob ustuni. Berilgan qiymatlar uchun eritmaning bug 'bosimini toping. Muammoni ikkita kimyoviy moddalarning zichligi, molyar massasi va bug 'bosimi yordamida hal qilishimiz mumkin:
   • Hajmi (benzol): 60 ml = 0,06 L × 876,50 kg / 1000 L = 0,053 kg = 53 g
   • Og'irligi (toluol): 0,06 L × 866,90 kg / 1000 L = 0,052 kg = 52 g
   • Mollar soni (benzol): 53 g × 1 mol / 78,11 g = 0,679 mol
   • Mollar (toluol) soni: 52 g × 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol
   • Jami mollar: 0.679 + 0.564 = 1.243
   • Molyar ulushi (benzol): 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Molyar qismi (toluol): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Natijalarni echish: P_yechim = P_benzolX_benzol + P_toluenX_toluen
   • P_yechim = (95,1 mm simob ustuni) (0,546) + (28,4 mm simob ustuni) (0,454)
   • P_yechim = 51,92 mm simob ustuni + 12,89 mm simob ustuni = 64,81 mm simob ustuni
   reklama

Maslahat

• Yuqoridagi Klauziy Klapeyron tenglamasidan foydalanish uchun haroratni Kevin birliklariga o'tkazishingiz kerak (K bilan belgilanadi). Agar sizda harorat Selsiyda bo'lsa, uni quyidagi formula bilan o'zgartiring: T_k = 273 + T_v
• Yuqoridagi usullarni qo'llashingiz mumkin, chunki energiya etkazib beriladigan issiqlik miqdori bilan mutanosibdir. Suyuqlikning harorati bug 'bosimiga ta'sir qiladigan yagona atrof muhit omilidir.