Content

• Passos
• Mètode 1 de 3: utilitzar l'equació de Clapeyron-Clausius
• Mètode 2 de 3: càlcul de la pressió de vapor en solucions
• Mètode 3 de 3: càlcul de la pressió del vapor en casos especials
• Consells

Heu deixat alguna vegada una ampolla d'aigua durant diverses hores sota el sol abrasador i heu sentit un "xiulet" quan l'obriu? Aquest so és causat per la pressió del vapor. En química, la pressió de vapor és la pressió que exerceix el vapor d’un líquid que s’evapora en un recipient hermèticament tancat. Per trobar la pressió de vapor a una temperatura determinada, utilitzeu l'equació de Clapeyron-Clausius: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Passos

Mètode 1 de 3: utilitzar l'equació de Clapeyron-Clausius

1. 1 Anoteu l’equació de Clapeyron-Clausius que s’utilitza per calcular la pressió de vapor a mesura que canvia amb el pas del temps. Aquesta fórmula es pot utilitzar per a la majoria de problemes físics i químics. L'equació té aquest aspecte: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)), on:
   • ΔH_vap És l'entalpia de vaporització del líquid. Normalment es pot trobar en una taula dels llibres de text de química.
   • R - constant de gas igual a 8,314 J / (K × mol)
   • T1 és la temperatura inicial (a la qual es coneix la pressió de vapor).
   • T2 és la temperatura final (a la qual es desconeix la pressió de vapor).
   • P1 i P2: pressió de vapor a temperatures T1 i T2, respectivament.
2. 2 Substituïu els valors de les quantitats donades a l’equació de Clapeyron-Clausius. La majoria dels problemes donen dos valors de temperatura i un valor de pressió, o dos valors de pressió i un valor de temperatura.
   • Per exemple, un recipient conté líquid a una temperatura de 295 K i la seva pressió de vapor és d’1 atmosfera (1 atm). Trobeu la pressió de vapor a 393 K. Aquí us donen dues temperatures i una pressió, de manera que podeu trobar una pressió diferent mitjançant l’equació de Clapeyron-Clausius. En substituir els valors que se us donen a la fórmula, obtindreu: ln (1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1/393) - (1/295)).
   • Tingueu en compte que a l’equació de Clapeyron-Clausius, la temperatura sempre es mesura en kelvin i la pressió en qualsevol unitat de mesura (però han de ser els mateixos per a P1 i P2).
3. 3 Substitueix les constants. L’equació de Clapeyron-Clausius conté dues constants: R i ΔH_vap... R sempre és 8,314 J / (K × mol). Valor ΔH_vap (entalpia de vaporització) depèn de la substància, la pressió de vapor de la qual intenteu trobar; aquesta constant sol trobar-se en una taula de llibres de text de química o en llocs web (per exemple, aquí).
   • En el nostre exemple, diguem que hi ha aigua al recipient. ΔH_vap l’aigua és igual a 40,65 kJ / mol o igual a 40650 J / mol.
   • Connecteu les constants a la fórmula i obteniu: ln (1 / P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 Resol l’equació mitjançant operacions algebraiques.
   • En el nostre exemple, la variable desconeguda es troba sota el signe del logaritme natural (ln). Per desfer-se del logaritme natural, converteixi els dos costats de l'equació a la potència de la constant matemàtica "e". En altres paraules, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Ara resol l’equació:
   • 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. Això té sentit, ja que augmentar la temperatura en un recipient hermèticament tancat de 100 graus augmentarà la vaporització, cosa que augmentarà significativament la pressió de vapor.

Mètode 2 de 3: càlcul de la pressió de vapor en solucions

1. 1 Anoteu la llei de Raoult. A la vida real, els líquids purs són rars; sovint ens ocupem de solucions. Es fa una solució afegint una petita quantitat d'un determinat producte químic anomenat "solut" a una quantitat més gran d'un altre producte químic anomenat "dissolvent". En el cas de solucions, utilitzeu la llei de Raoult:Pàg_solució = P_solventX_solvent, on:
   • Pàg_solució És la pressió de vapor de la solució.
   • Pàg_solvent És la pressió de vapor del dissolvent.
   • X_solvent - la fracció molar del dissolvent.
   • Si no sabeu què és una fracció molar, seguiu llegint.
2. 2 Determineu quina substància serà el dissolvent i quina serà el solut. Recordem que un solut és una substància que es dissol en un dissolvent i que un dissolvent és una substància que dissol un solut.
   • Penseu en un exemple de xarop. Per obtenir un almívar, una part del sucre es dissol en una part d’aigua, de manera que el sucre és un solut i l’aigua és un dissolvent.
   • Tingueu en compte que la fórmula química de la sacarosa (sucre comú) és C₁₂H₂₂O₁₁... La necessitarem en el futur.
3. 3 Cerqueu la temperatura de la solució, ja que afectarà la seva pressió de vapor. Com més alta sigui la temperatura, més alta serà la pressió de vapor, ja que la vaporització augmenta amb l’augment de la temperatura.
   • En el nostre exemple, suposem que la temperatura de l’almívar és de 298 K (uns 25 ° C).
4. 4 Trobeu la pressió de vapor del dissolvent. Els valors de la pressió de vapor per a molts productes químics habituals es donen als manuals de química, però normalment es donen a temperatures de 25 ° C / 298 K o en els seus punts d’ebullició. Si al problema se us donen aquestes temperatures, utilitzeu els valors dels llibres de referència; en cas contrari, cal calcular la pressió de vapor a una temperatura determinada de la substància.
   • Per fer-ho, utilitzeu l’equació de Clapeyron-Clausius, substituint la pressió de vapor i la temperatura de 298 K (25 ° C) en lloc de P1 i T1, respectivament.
   • En el nostre exemple, la temperatura de la solució és de 25 ° C, de manera que utilitzeu el valor de les taules de referència: la pressió de vapor de l’aigua a 25 ° C és de 23,8 mmHg.
5. 5 Trobeu la fracció molar del dissolvent. Per fer-ho, trobeu la relació entre el nombre de mols d’una substància i el nombre total de mols de totes les substàncies de la solució. En altres paraules, la fracció molar de cada substància és (nombre de mols de la substància) / (el nombre total de mols de totes les substàncies).
   • Diguem que heu utilitzat 1 litre d’aigua i 1 litre de sacarosa (sucre) per fer un almívar. En aquest cas, cal trobar el nombre de mols de cada substància. Per fer-ho, heu de trobar la massa de cada substància i, a continuació, utilitzar les masses molars d’aquestes substàncies per obtenir mols.
   • Pes d'1 litre d'aigua = 1000 g
   • Pes d'1 litre de sucre = 1056,7 g
   • Mol (aigua): 1000 g × 1 mol / 18,015 g = 55,51 mol
   • Mol (sacarosa): 1056,7 g × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 mol (tingueu en compte que podeu trobar la massa molar de la sacarosa a partir de la seva fórmula química C₁₂H₂₂O₁₁).
   • Nombre total de mols: 55,51 + 3,08 = 58,59 mol
   • Fracció molar d’aigua: 55,51 / 58,59 = 0,947.
6. 6 Ara connecteu les dades i els valors trobats de les quantitats a l’equació de Raoult donada al començament d’aquesta secció (Pàg_solució = P_solventX_solvent).
   • En el nostre exemple:
   • Pàg_solució = (23,8 mmHg) (0,947)
   • Pàg_solució = 22,54 mmHg Art. Això té sentit, ja que es dissol una petita quantitat de sucre en una gran quantitat d’aigua (si es mesura en mols; la seva quantitat és la mateixa en litres), de manera que la pressió del vapor disminuirà lleugerament.

Mètode 3 de 3: càlcul de la pressió del vapor en casos especials

1. 1 Definició de condicions estàndard. Sovint en química, els valors de temperatura i pressió s'utilitzen com una mena de valor "per defecte". Aquests valors s’anomenen temperatura i pressió estàndard (o condicions estàndard). En problemes de pressió de vapor, sovint s’esmenten les condicions estàndard, per la qual cosa és millor recordar els valors estàndard:
   • Temperatura: 273,15 K / 0˚C / 32 F.
   • Pressió: 760 mmHg / 1 atm / 101,325 kPa
2. 2 Torneu a escriure l’equació de Clapeyron-Clausius per trobar altres variables. La primera secció d’aquest article va mostrar com es calcula la pressió de vapor de substàncies pures. No obstant això, no tots els problemes requereixen trobar la pressió P1 o P2; en molts problemes cal calcular la temperatura o el valor de ΔH_vap... En aquests casos, reescriviu l’equació de Clapeyron-Clausius aïllant la incògnita d’un costat de l’equació.
   • Per exemple, donat un líquid desconegut, la pressió del vapor del qual és de 25 Torr a 273 K i 150 Torr a 325 K. Cal trobar l’entalpia de vaporització d’aquest líquid (és a dir, ΔH_vap). La solució a aquest 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 Ara substituïu els valors indicats per vosaltres:
   • 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 Penseu en la pressió de vapor del permeat. En el nostre exemple de la segona secció d’aquest article, el solut (sucre) no s’evapora, però si el solut produeix vapor (s’evapora), s’ha de tenir en compte la pressió de vapor. Per fer-ho, utilitzeu una forma modificada de l'equació de Raoult: P_solució = Σ (P_substànciaX_substància), on el símbol Σ (sigma) significa que cal afegir els valors de les pressions de vapor de totes les substàncies que componen la solució.
   • Per exemple, considerem una solució formada per dos productes químics: benzè i tolueno. El volum total de la solució és de 120 mil·lilitres (ml); 60 ml de benzè i 60 ml de toluene.La temperatura de la solució és de 25 ° C i la pressió del vapor a 25 ° C és de 95,1 mm Hg. per al benzè i 28,4 mm Hg. per al toluè. Cal calcular la pressió de vapor de la solució. Ho podem fer utilitzant les densitats de substàncies, els seus pesos moleculars i els valors de pressió de vapor:
   • Pes (benzè): 60 ml = 0,06 l × 876,50 kg / 1000 l = 0,053 kg = 53 g
   • Massa (toluen): 0,06 L × 866,90 kg / 1000 L = 0,052 kg = 52 g
   • Mol (benzè): 53 g × 1 mol / 78,11 g = 0,679 mol
   • Mol (toluen): 52 g × 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol
   • Nombre total de mols: 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Fracció molar (benzè): 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Fracció molar (toluen): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Solució: P_solució = P_benzèX_benzè + P_toluèX_toluè
   • Pàg_solució = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • Pàg_solució = 51,92 mm Hg. Art. + 12,89 mm Hg. Art. = 64,81 mmHg Art.

Consells

• Per utilitzar l'equació de Clapeyron Clausius, la temperatura s'ha d'especificar en graus Kelvin (indicat per K). Si la temperatura es dóna en centígrads, haureu de convertir-la mitjançant la fórmula següent: T_k = 273 + T_c
• El mètode anterior funciona perquè l’energia és directament proporcional a la quantitat de calor. La temperatura del líquid és l’únic factor ambiental que afecta la pressió de vapor.