كيفية حساب ضغط البخار

هل سبق لك أن تركت زجاجة ماء في الشمس لبضع ساعات فقط لتسمع صوت أزيز عند فتحها يسمى هذا بمبدأ ضغط البخار، وفي الكيمياء هو الضغط الذي يمارس على جدران الحاوية المغلقة بسبب تبخر مادة بداخلها (تحولها إلى غاز). X مصدر بحث يمكنك استخدامه لإيجاد ضغط البخار عند درجة حرارة معينة معادلة Clausius-Claperon ln (P1 / P2) = (ΔHvap / R) ((1 / T2) – (1 / T1))

استخدم معادلة كلاوزيوس – كلابيرون

  1. 1 اكتب معادلة كلاوزيوس – كلابيرون. تسمى المعادلة المستخدمة لحساب ضغط السائل في وجود تغير في ضغط السائل بمرور الوقت معادلة كلاوزيوس-كلابيرون (التي سميت على اسم الفيزيائيين رودولف كلاوزيوس وبينوا-بول-إميل كلابيرون). المعادلة التي ستحتاجها لحل معظم مشاكل ضغط بخار الماء الموجودة في الفيزياء أو الكيمياء. تبدو المعادلة كما يلي ln (P1 / P2) = (ΔHvap / R) ((1 / T2) – (1 / T1))، وتشير متغيراتها إلى

    • ΔHvap الطاقة الكامنة الداخلية لتبخير سائل، ويمكن العثور عليها غالبًا في جداول في أحدث كتب الكيمياء.

    • R ثابت الغاز الحقيقي أو 8.314 جول / مول / كلفن.

    • T1 درجة الحرارة التي يعرف عندها ضغط البخار (أو درجة حرارة البداية).

    • T2 درجة الحرارة التي نريد معرفة ضغط البخار عندها (درجة الحرارة النهائية).

    • p1 و p2 ضغط البخار عند درجات الحرارة T1 و T2 على التوالي.

  2. 2 أدخل المتغيرات التي تعرفها. تبدو معادلة Clausius-Claperon صعبة نظرًا لوجود العديد من المتغيرات فيها، لكنها في الحقيقة ليست طويلة طالما لديك المعلومات الصحيحة. ستعطيك معظم المشاكل ضغطين وقيمة درجة حرارة أو درجتين حرارة وقيمة ضغط واحدة. بمجرد أن تعرف هذه المعلومات، يكون الحل سهلاً.

    • على سبيل المثال، افترض أن لديك حاوية مملوءة بسائل عند 295 كلفن وضغط بخار الماء بداخلها يبلغ 1 ضغط جوي. ما هو ضغط البخار عند 393 كلفن يمكننا الحل باستخدام معادلة كلاوزيوس – كلابيرون لإيجاد الضغط المفقود لأن لدينا قيمتان لدرجة الحرارة وواحدة لضغط البخار. بإدخال المتغيرات ستحصل على ln (1 / P2) = (ΔHvap / R) ((1/393) – (1/295))
    • لاحظ أنه في معادلة كلاوزيوس – كلابيرون، نحتاج إلى كتابة درجة الحرارة بالكلفن، ويمكننا كتابة الضغط في أي وحدة طالما ظل كما هو بين p1 و p2.
  3. 3 أدخل الثوابت. تحتوي معادلة Clausius-Claperon على ثابتين R و ΔHvap. R تساوي دائمًا 8.314 جول / مول / كلفن، و ΔHvap (الطاقة الكامنة الداخلية لتبخير السائل) تعتمد على المادة التي تحاول إيجاد ضغط البخار لها. كما ذكرنا سابقًا، يمكنك العثور على هذه القيمة لعدد كبير من المواد في أحدث أدبيات الكيمياء أو على الإنترنت (على سبيل المثال، في X، مصدر البحث الخاص بي

    • لنفترض في مثالنا أن السائل هو “ماء نقي سائل”. بالنظر إلى جدول قيم ΔHvap، ستجد أن هذه القيمة للسائل لدينا هي 40.65 كيلو جول / مول / كلفن، والتي يمكننا تحويلها إلى جول لتكون 40650 جول / مول / كلفن.
    • تصبح المعادلة بعد إدخال الثوابت ln (1 / P2) = (40،650 / 8.314) ((1/393) – (1/295))
  4. 4 حل المعادلة. الآن بعد أن أدخلت جميع المتغيرات باستثناء المتغير الذي تريد معرفته، استمر في حل المعادلة وفقًا لقواعد الجبر العادي.

    • الجزء الأصعب في حل المعادلة (ln (1 / P2) = (40،650 / 8.314) ((1/393) – (1/295))) هو التعامل مع اللوغاريتم الطبيعي (ln)، ويمكنك استخدام كليهما جوانب المعادلة ككوب للثابت الرياضي e للتخلص منه، أي ln (x) = 2 → eln (x) = e2 → x = e2.
    • الآن دعنا نحل المعادلة
    • ln (1 / P2) = (40650 / 8.314) ((1/393) – (1/295))
    • ln (1 / P2) = (4889.34) (- 0.00084)
    • (1 / P2) = هـ (-4.107)
    • 1 / P2 = 0.0165
    • سينتهي الأمر P2 = 0.0165 – 1 بما يعادل 60.76 ضغطًا جويًا، وهو أمر منطقي نظرًا لأن زيادة درجة الحرارة بمقدار 100 درجة كلفن (حوالي 20 درجة أكثر من نقطة غليان الماء) ستولد الكثير من البخار، مما سيزيد من الضغط. كثيرا.

أوجد ضغط بخار المحاليل المذابة

  1. 1 اكتب قانون رولت. في الواقع يصعب التعامل مع سائل واحد نقي، حيث نتعامل عادة مع السوائل التي تتكون من خليط من مواد مختلفة. تُصنع أكثر هذه المخاليط شيوعًا عن طريق إذابة مادة كيميائية واحدة (المذاب) في كمية كبيرة من مادة أخرى (المذيب). في هذه الحالة، من المفيد معرفة معادلة تسمى قانون روليت (سميت على اسم الفيزيائي فرانسوا ماري روليت) مصدر بحث X، والذي يبدو كالتالي P = محلول P مذيب X مذيب. تشير المتغيرات في هذه المعادلة إلى

    • P من المحلول ضغط بخار المحلول ككل (مجموع كل الأجزاء المكونة له)
    • P المذيب ضغط بخار المذيب.
    • “X solvent” الجزء المولي من المذيب.
    • لا تقلق إذا كنت لا تعرف مصطلحات مثل “الكسر المولي”، فسنشرحها في الخطوات القليلة التالية.
  2. 2 تعرف على المذيب والمذاب في المحلول. تحتاج إلى معرفة المادة التي تعمل بها قبل أن تتمكن من حساب ضغط بخار سائل مختلط. تذكر أن المحلول يتكون عن طريق إذابة مذيب في مذاب، وأن المادة التي تذوبها هي المادة المذابة والمادة التي تذوب فيها هي المذيب.

    • دعنا نحل مثالًا بسيطًا في هذا الجزء لتوضيح المفاهيم التي نتحدث عنها. لنفترض أننا نريد معرفة ضغط بخار شراب السكر. يتكون شراب السكر تقليديًا من جزء واحد من السكر مذاب في جزء واحد من الماء، لذلك سيكون الماء هو المذيب وسيكون السكر هو المذاب. X موارد البحث
    • لاحظ أن الصيغة الكيميائية للسكروز (سكر المائدة) هي C12H22O11. هذا سوف يصبح مهمًا قريبًا.
  3. 3 أوجد درجة حرارة المحلول. تؤثر درجة حرارة السائل على ضغط بخاره. كما رأينا في معادلتَي Clausius و Clapperon، سيزداد ضغط بخار السائل بشكل عام مع زيادة درجة الحرارة، حيث يتبخر المزيد من السائل مع زيادة درجة الحرارة، مما يؤدي إلى زيادة ضغط البخار في الحاوية.

    • لنفترض أن درجة حرارة شراب السكر في مثالنا هي 298 كلفن (حوالي 25 درجة مئوية).
  4. 4 أوجد ضغط بخار المذيب. تم العثور على الضغوط الكيميائية للعديد من المواد والمركبات الشائعة في الكتب المرجعية للكيمياء، ولكن هذه القيم عادة ما تكون للمواد عند 25 درجة مئوية / 298 كلفن أو عند نقطة الغليان. يمكنك استخدام هذه القيم المرجعية إذا كان المحلول الخاص بك في إحدى درجات الحرارة هذه، لكنك ستحتاج إلى إيجاد ضغط البخار بنفسك إذا كانت درجة الحرارة مختلفة.

    • ستساعدك معادلة كلاوزيوس – كلابيرون هنا. استخدم القيمة المرجعية لضغط البخار و 298 كلفن (25 س) كقيم لـ P1 و T1، على التوالي.
    • يمكننا استخدام جداول ضغط البخار المرجعية في مثالنا حيث تكون درجة حرارة الخليط 25 درجة مئوية. سنجد أن ضغط بخار الماء عند 25 درجة مئوية هو 23.8 ملم زئبق. X موارد البحث
  5. 5 أوجد الجزء المولي للمذيب. آخر شيء نحتاجه قبل أن نتمكن من حله هو الجزء المولي من المذيب. من السهل العثور على الكسر المولي عن طريق تحويل مكونات المحلول إلى الخلد لمعرفة النسبة المئوية التي يشغلها كل مكون من إجمالي عدد المولات، مما يعني أن الجزء المولي لكل مكون سيكون مساويًا لـ (الرقم عدد مولات المكون) / (إجمالي عدد مولات المحلول).

    • لنفترض أن هناك لترًا من الماء في شراب السكر ولترًا من السكروز (السكر). سنحتاج الآن إلى معرفة عدد مولات كل منها، عن طريق إيجاد كتلة كل منها ثم استخدام الكتلة المولية للتحويل إلى مولات.
    • كتلة لتر من الماء 1000 جرام.
    • تبلغ كتلة لتر السكر حوالي 1056.7 جم. X موارد البحث
    • عدد مولات الماء 1000 جم 1 مول / 18.05 جم = 55.51 مول.
    • عدد مولات السكروز 1056.7 جم × 1 مول / 342.2965 جم = 3.08 مول (لاحظ أنه يمكنك استخدام صيغته الكيميائية C12H22O11).
    • العدد الإجمالي للشامات 55.51 + 3.08 = 58.59 مول.
    • الكسر المولي من الماء 55.51 / 58.59 = “0.947”
  6. 6 حل. الآن لدينا كل ما نحتاجه لحل معادلة قانون راوليت، وهذا الجزء سهل للغاية فقط أدخل قيم المتغيرات في معادلة قانون راوليت المبسطة المذكورة في بداية هذا الجزء (P = P = مذيب x مذيب ).

    • بإدخال قيمنا نحصل على
    • P = (23.8 ملم زئبق) (0.947)
    • P = 22.54 ملم زئبق، وهو أمر منطقي نظرًا لوجود القليل من السكر المذاب في الكثير من الماء (على الرغم من أن المكونين لهما نفس الحجم في الواقع)، وبالتالي فإن ضغط البخار سينخفض ​​قليلاً.

إيجاد ضغط البخار في حالات خاصة

  1. 1 انتبه إلى ظروف الضغط ودرجة الحرارة القياسية. يستخدم العلماء عددًا من القيم لدرجة الحرارة والضغط كقيم افتراضية، وتسمى هذه القيم درجة الحرارة والضغط القياسيين. غالبًا ما تشير مشاكل ضغط البخار إلى هذه القيم القياسية، لذلك من المفيد حفظها. هذه القيم هي X مصدر البحث

    • درجة الحرارة 273.15 كلفن / 0 درجة مئوية / 32 فهرنهايت.
    • الضغط 760 ملم زئبق / 1 ضغط جوي / 101.325 كيلو باسكال.
  2. 2 أعد ترتيب معادلة كلاوزيوس – كلابيرون للحصول على المتغيرات الأخرى. في المثال الوارد في الجزء الأول، وجدنا أن معادلة كلاوزيوس – كلابيرون مفيدة جدًا في إيجاد ضغط بخار المواد النقية، ولكن لن تسأل كل الأسئلة عن P1 أو P2. ستطلب منك بعض المسائل إيجاد درجة الحرارة أو حتى قيمة ΔHvap، وفي هذه الحالة يمكنك الحصول على الإجابة الصحيحة عن طريق إعادة ترتيب المعادلة بحيث يكون المتغير الذي تريده هو المتغير الوحيد في جانب واحد منه.

    • على سبيل المثال، افترض أن لدينا سائلًا غير معروف بضغط بخار 24 تسلا عند 273 كلفن و 150 تسلا عند 325 كلفن، ونريد إيجاد الطاقة الكامنة الداخلية لهذا السائل (ΔHvap). يمكننا حل هذه المشكلة على النحو التالي
    • ln (P1 / P2) = (ΔHvap / R) ((1 / T2) – (1 / T1))
    • (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) – (1 / T1)) = (Hvap / R)
    • R x (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) – (1 / T1)) = ΔHvap الآن يمكننا إدخال قيمنا

    • 8.314 جول / مول / كلفن x (-1.79) / (-0.00059) = Hvap
    • 8.314 جول / مول / كلفن × 3،033.90 = ΔHvap = 25223.83 جول / مول
  3. 3 ضع في الاعتبار ضغط بخار المادة المذابة حيث تنبعث منها بخار. السكر (المذاب) في مثال قانون رولت السابق لا ينتج بخارًا عند درجة الحرارة العادية (متى كانت آخر مرة تبخرت فيها صفيحة من السكر على طاولتك)، لكن تذكر أنه إذا تبخر المذاب فسيؤثر على ضغط البخار، و يتم التعبير عن هذا باستخدام نسخة معدلة من قانون راولت Psolution = Σ (عنصر Pelement X). رمز سيجما (Σ) يعني فقط أنه يتعين علينا إضافة جميع مكونات ضغط البخار للعثور على الإجابة.

    • على سبيل المثال، افترض أن لدينا محلولًا من مادتين البنزين والتولوين، وأن الحجم الإجمالي هو 120 مل (60 مل بنزين و 60 مل من التولوين)، وأن درجة حرارة المحلول 25 درجة مئوية، وأن البخار يبلغ ضغط كلتا المادتين عند 25 درجة مئوية 95.1 مم زئبق للبنزين و 28.4 مم زئبق للبنزين الزئبق إلى التولوين. أوجد ضغط بخار المحلول باستخدام هذه القيم. يمكننا الإجابة عن هذا باستخدام قيم الكثافة القياسية والكتلة المولية وضغط البخار
    • كتلة البنزين 60 مل = 0.060 لتر × 876.50 كجم / 1000 لتر = 0.053 كجم = 53 جم.
    • كتلة التولوين .060 لترًا × 866.90 كجم / 1000 لتر = 0.052 كجم = 52 جم.
    • عدد مولات البنزين 53 جم 1 مول / 78.11 جم = 0.679 مول.
    • عدد مولات التولوين 52 جم × 1 مول / 92.14 جم = 0.564 مول.
    • العدد الإجمالي للشامات 0.679 + 0.564 = 1.243
    • الجزء المولي من البنزين 0.679 / 1.243 = 0.546
    • الجزء المولي من التولوين 0.564 / 1.243 = 0.454
    • الحل PSolution = PbenzeneXbenzene + PtolueneX Toluene
    • محلول الفوسفور = (95.1 ملم زئبق) (0.546) + (28.4 ملم زئبق) (0.454)
    • P = 51.92 ملم زئبق + 12.89 ملم زئبق = 64.81 ملم زئبق.

أفكار مفيدة

  • يجب أن تكون درجة الحرارة بالكلفن (رمزها هو K) لتتمكن من استخدام معادلة Celsius Clapeyron المذكورة أعلاه، ويمكنك تحويل درجة الحرارة إذا أعطيت بالدرجة المئوية إلى كلفن باستخدام الصيغة Tk = 273 + Tc
  • الطرق السابقة صالحة لأن الطاقة تتناسب طرديا مع كمية الحرارة، حيث أن درجة حرارة السائل هي العامل البيئي الوحيد الذي يعتمد عليه ضغط البخار.
Scroll to Top