Περιεχόμενο
Εάν βάζετε ένα υγρό σε κλειστό χώρο, μόρια από την επιφάνεια αυτού του υγρού θα εξατμιστούν μέχρι να γεμίσει ολόκληρος ο χώρος με ατμούς. Η πίεση που δημιουργείται από το υγρό εξάτμισης ονομάζεται πίεση ατμών. Η γνώση της πίεσης ατμών σε συγκεκριμένη θερμοκρασία είναι σημαντική επειδή η τάση ατμών καθορίζει ένα σημείο βρασμού υγρών και σχετίζεται με το πότε θα καεί ένα εύφλεκτο αέριο. Εάν ο ατμός ενός υγρού στη θέση σας είναι επικίνδυνος για την υγεία σας, η τάση ατμών σας βοηθά να καθορίσετε πόσο από αυτό το υγρό θα γίνει φυσικό αέριο σε ένα δεδομένο χρονικό διάστημα και επομένως αν ο αέρας θα είναι επικίνδυνος για να αναπνεύσει. Οι δύο εξισώσεις που χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση της τάσης ατμών ενός καθαρού υγρού είναι η εξίσωση Clausius-Clapeyron και η εξίσωση Antoine.
Η εξίσωση Clausius-Clapeyron
Μετρήστε τη θερμοκρασία του υγρού σας χρησιμοποιώντας ένα θερμόμετρο ή θερμοστοιχείο. Σε αυτό το παράδειγμα κοιτάξτε καλά το βενζόλιο, ένα κοινό χημικό που χρησιμοποιείται για να παράγει διάφορα πλαστικά. Χρησιμοποιήστε καλά το βενζόλιο σε θερμοκρασία 40 βαθμών Κελσίου ή 313,15 Kelvin.
Βρείτε την λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης για το υγρό σας σε έναν πίνακα δεδομένων. Αυτή είναι η ποσότητα ενέργειας που χρειάζεται για να μεταβείτε από ένα υγρό σε ένα αέριο σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία. Η λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης του βενζολίου σε αυτή τη θερμοκρασία είναι 35.030 Joules ανά γραμμομόριο.
Βρείτε τη σταθερά Clausius-Clapeyron για το υγρό σας σε έναν πίνακα δεδομένων ή από ξεχωριστά πειράματα που μετρούν την τάση ατμών σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Αυτή είναι απλώς μια σταθερά ολοκλήρωσης που προέρχεται από τον υπολογισμό που χρησιμοποιήσαμε για να εξάγουμε την εξίσωση και είναι μοναδική για κάθε υγρό. Οι σταθερές της τάσης ατμών αναφέρονται συχνά σε πίεση που μετράται σε χιλιοστά του υδραργύρου ή mm Hg. Η σταθερά για την τάση ατμών βενζολίου σε mm Hg είναι 18,69.
Χρησιμοποιήστε την εξίσωση Clausius-Clapeyron για να υπολογίσετε το φυσικό ημερολόγιο της τάσης ατμών. Η εξίσωση Clausius-Clapeyron λέει ότι το φυσικό ημερολόγιο της πίεσης των ατμών είναι ίσο με -1 πολλαπλασιασμένο με την θερμότητα εξάτμισης, διαιρούμενο με την σταθερά του ιδανικού αερίου, διαιρούμενο με τη θερμοκρασία του υγρού, συν μια σταθερά μοναδική στο υγρό.) Για αυτό το παράδειγμα με βενζόλιο στους 313,15 βαθμούς Kelvin, το φυσικό ημερολόγιο της τάσης ατμών είναι -1 πολλαπλασιασμένο με 35,030, διαιρούμενο με 8,314, διαιρούμενο με 313,15, συν 18,69, το οποίο ισούται με 5,235.
Υπολογίστε την τάση ατμών του βενζολίου στους 40 βαθμούς Κελσίου αξιολογώντας την εκθετική λειτουργία στο 5.235, η οποία είναι 187.8 mm Hg ή 25.03 kilopascals.
Η εξίσωση Antoine
Βρείτε τις σταθερές Antoine για το βενζόλιο στους 40 βαθμούς Κελσίου σε έναν πίνακα δεδομένων. Αυτές οι σταθερές είναι επίσης μοναδικές για κάθε υγρό και υπολογίζονται χρησιμοποιώντας τεχνικές μη γραμμικής παλινδρόμησης στα αποτελέσματα πολλών διαφορετικών πειραμάτων που μετρούν την πίεση ατμών σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Αυτές οι σταθερές που αναφέρονται σε mm Hg για το βενζόλιο είναι 6,90565, 1211,033 και 220,790.
Χρησιμοποιήστε την εξίσωση Antione για να υπολογίσετε το βάθρο 10 της τάσης ατμών. Η εξίσωση Antoine, χρησιμοποιώντας τρεις σταθερές μοναδικές για το υγρό, λέει ότι η βάση 10 log της πίεσης ατμών ισούται με την πρώτη σταθερά μείον την ποσότητα της δεύτερης σταθεράς διαιρούμενη με το άθροισμα της θερμοκρασίας και της τρίτης σταθεράς. Για το βενζόλιο, αυτό είναι 6,90565 μείον 1211,033 διαιρούμενο με το άθροισμα 40 και 220,790, που ισούται με 2,262.
Υπολογίστε την τάση ατμών ανεβάζοντας το 10 στην ισχύ 2,262, που ισούται με 182,8 mm Hg ή 24,37 kilopascals.