Zawartość
Jeśli umieścisz ciecz w zamkniętej przestrzeni, cząsteczki z powierzchni tej cieczy będą parować, aż cała przestrzeń zostanie wypełniona parą. Ciśnienie wytwarzane przez odparowującą ciecz nazywane jest ciśnieniem pary. Znajomość prężności pary w określonej temperaturze jest ważna, ponieważ prężność pary determinuje temperaturę wrzenia cieczy i jest związana z momentem spalania palnego gazu. Jeśli para cieczy w twojej lokalizacji jest niebezpieczna dla zdrowia, ciśnienie pary pomaga określić, ile tej cieczy stanie się gazem w danym czasie, a zatem czy powietrze będzie niebezpieczne dla oddychania. Dwa równania zastosowane do oszacowania prężności pary czystej cieczy to równanie Clausiusa-Clapeyrona i równanie Antoine.
Równanie Clausiusa-Clapeyrona
Zmierz temperaturę cieczy za pomocą termometru lub termopary. W tym przykładzie przyjrzyjmy się benzenowi, powszechnie stosowanemu chemikaliowi stosowanemu do produkcji wielu tworzyw sztucznych. Dobrze użyj benzenu w temperaturze 40 stopni Celsjusza lub 313,15 Kelvina.
Znajdź utajone ciepło parowania cieczy w tabeli danych. Jest to ilość energii potrzebna do przejścia od cieczy do gazu w określonej temperaturze. Utajone ciepło parowania benzenu w tej temperaturze wynosi 35 030 dżuli na mol.
Znajdź stałą Clausiusa-Clapeyrona dla swojej cieczy w tabeli danych lub z oddzielnych eksperymentów, które mierzą ciśnienie pary w różnych temperaturach. Jest to tylko stała całkowania, która pochodzi z wykonania rachunku różniczkowego i jest unikalna dla każdej cieczy. Stałe prężności pary są często odnoszone do ciśnienia mierzonego w milimetrach rtęci lub mm Hg. Stała prężności pary benzenu w mm Hg wynosi 18,69.
Użyj równania Clausiusa-Clapeyrona, aby obliczyć logarytm naturalny ciśnienia pary. Równanie Clausiusa-Clapeyrona mówi, że logarytm naturalny ciśnienia pary jest równy -1 pomnożonej przez ciepło parowania, podzielone przez stałą gazu idealnego, podzieloną przez temperaturę cieczy, plus stałą unikalną dla cieczy.) W tym przykładzie z benzenem w temperaturze 313,15 stopni Kelvina logarytm naturalny prężności pary wynosi -1 pomnożony przez 35 030, podzielony przez 8,314, podzielony przez 313,15, plus 18,69, co równa się 5,235.
Obliczyć prężność pary benzenu w 40 stopniach Celsjusza, oceniając funkcję wykładniczą przy 5,235, czyli 187,8 mm Hg, czyli 25,03 kilopaskali.
Równanie Antoine
Znajdź stałe Antoine dla benzenu w 40 stopniach Celsjusza w tabeli danych. Stałe te są również unikalne dla każdej cieczy i są obliczane przy użyciu technik regresji nieliniowej na wynikach wielu różnych eksperymentów, które mierzą ciśnienie pary w różnych temperaturach. Stałe te odniesione do mm Hg dla benzenu wynoszą 6.90565, 1211.033 i 220.790.
Użyj równania Antione, aby obliczyć logarytm 10 ciśnienia podstawowego pary. Równanie Antoiny, wykorzystujące trzy stałe unikalne dla cieczy, mówi, że podstawa 10 log ciśnienia pary jest równa pierwszej stałej minus ilość drugiej stałej podzielona przez sumę temperatury i trzecią stałą. W przypadku benzenu jest to 6,90565 minus 1211,033 podzielone przez sumę 40 i 220,790, co równa się 2,262.
Oblicz prężność pary, podnosząc 10 do mocy 2,262, co równa się 182,8 mm Hg lub 24,37 kilopaskali.