Isi

• Langkah
• Metode 1 dari 3: Menggunakan persamaan Clapeyron-Clausius
• Metode 2 dari 3: Menghitung tekanan uap dalam larutan
• Metode 3 dari 3: Menghitung Tekanan Steam dalam Kasus Khusus
• Tips

Pernahkah Anda meninggalkan sebotol air selama beberapa jam di bawah terik matahari dan mendengar suara "mendesis" saat Anda membukanya? Bunyi ini disebabkan oleh tekanan uap. Dalam kimia, tekanan uap adalah tekanan yang diberikan oleh uap cairan yang menguap dalam wadah tertutup rapat. Untuk menemukan tekanan uap pada suhu tertentu, gunakan persamaan Clapeyron-Clausius: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

Langkah

Metode 1 dari 3: Menggunakan persamaan Clapeyron-Clausius

1. 1 Tuliskan persamaan Clapeyron-Clausius yang digunakan untuk menghitung tekanan uap yang berubah dari waktu ke waktu. Rumus ini dapat digunakan untuk sebagian besar masalah fisik dan kimia. Persamaannya terlihat seperti ini: ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)), di mana:
   • H_vap Adalah entalpi penguapan zat cair. Biasanya dapat ditemukan dalam tabel di buku teks kimia.
   • R - konstanta gas sama dengan 8,314 J / (K × mol)
   • T1 adalah suhu awal (di mana tekanan uap diketahui).
   • T2 adalah suhu akhir (di mana tekanan uap tidak diketahui).
   • P1 dan P2 - tekanan uap pada suhu T1 dan T2, masing-masing.
2. 2 Substitusikan nilai besaran yang diberikan kepada Anda ke dalam persamaan Clapeyron-Clausius. Sebagian besar masalah memberikan dua nilai suhu dan nilai tekanan, atau dua nilai tekanan dan nilai suhu.
   • Misalnya, sebuah bejana berisi cairan pada suhu 295 K, dan tekanan uapnya adalah 1 atmosfer (1 atm). Temukan tekanan uap pada 393 K. Di sini Anda diberikan dua suhu dan tekanan, sehingga Anda dapat menemukan tekanan yang berbeda menggunakan persamaan Clapeyron-Clausius. Mengganti nilai yang diberikan kepada Anda dalam rumus, Anda mendapatkan: ln (1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1/393) - (1/295)).
   • Harap dicatat bahwa dalam persamaan Clapeyron-Clausius, suhu selalu diukur dalam kelvin, dan tekanan dalam setiap unit pengukuran (tetapi mereka harus sama untuk P1 dan P2).
3. 3 Substitusikan konstanta. Persamaan Clapeyron-Clausius mengandung dua konstanta: R dan H_vap... R selalu 8,314 J / (K × mol). nilai H_vap (entalpi penguapan) tergantung pada zat, tekanan uap yang Anda coba temukan; konstanta ini biasanya dapat ditemukan dalam tabel di buku teks kimia atau di situs web (misalnya, di sini).
   • Dalam contoh kita, katakanlah ada air di dalam bejana. H_vap air sama dengan 40,65 kJ/mol atau sama dengan 40650 J/mol.
   • Masukkan konstanta ke dalam rumus dan dapatkan: ln (1 / P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 Selesaikan persamaan menggunakan operasi aljabar.
   • Dalam contoh kita, variabel yang tidak diketahui berada di bawah tanda logaritma natural (ln). Untuk menghilangkan logaritma natural, ubah kedua ruas persamaan menjadi pangkat dari konstanta matematika "e". Dengan kata lain, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Sekarang selesaikan persamaannya:
   • 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. Ini masuk akal, karena menaikkan suhu dalam bejana yang tertutup rapat sebesar 100 derajat akan meningkatkan penguapan, yang secara signifikan akan meningkatkan tekanan uap.

Metode 2 dari 3: Menghitung tekanan uap dalam larutan

1. 1 Tuliskan hukum Raoult. Dalam kehidupan nyata, cairan murni jarang terjadi; kita sering berurusan dengan solusi. Suatu larutan dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil bahan kimia tertentu yang disebut "zat terlarut" ke dalam jumlah yang lebih besar dari bahan kimia lain yang disebut "pelarut". Dalam kasus solusi, gunakan hukum Raoult:P_larutan = P_pelarutx_pelarut, di mana:
   • P_larutan Adalah tekanan uap larutan.
   • P_pelarut Adalah tekanan uap pelarut.
   • x_pelarut - fraksi mol pelarut.
   • Jika Anda tidak tahu apa itu fraksi mol, baca terus.
2. 2 Tentukan zat mana yang akan menjadi pelarut dan mana yang akan menjadi zat terlarut. Ingat bahwa zat terlarut adalah zat yang larut dalam pelarut, dan pelarut adalah zat yang melarutkan zat terlarut.
   • Pertimbangkan contoh sirup. Untuk mendapatkan sirup, satu bagian gula dilarutkan dalam satu bagian air, jadi gula adalah zat terlarut dan air adalah pelarut.
   • Perhatikan bahwa rumus kimia untuk sukrosa (gula biasa) adalah C₁₂H₂₂HAI₁₁... Kami akan membutuhkannya di masa depan.
3. 3 Temukan suhu larutan, karena akan mempengaruhi tekanan uapnya. Semakin tinggi suhu, semakin tinggi tekanan uap, karena penguapan meningkat dengan meningkatnya suhu.
   • Dalam contoh kita, katakanlah suhu sirup adalah 298 K (sekitar 25 ° C).
4. 4 Temukan tekanan uap pelarut. Nilai tekanan uap untuk banyak bahan kimia umum diberikan dalam buku pegangan kimia, tetapi ini biasanya diberikan pada suhu 25 ° C / 298 K atau pada titik didihnya. Jika dalam soal Anda diberikan suhu seperti itu, gunakan nilai dari buku referensi; jika tidak, Anda perlu menghitung tekanan uap pada suhu zat tertentu.
   • Untuk melakukan ini, gunakan persamaan Clapeyron-Clausius, menggantikan tekanan uap dan suhu 298 K (25 ° C) masing-masing, bukan P1 dan T1, masing-masing.
   • Dalam contoh kita, suhu larutan adalah 25 ° C, jadi gunakan nilai dari tabel referensi - tekanan uap air pada 25 ° C adalah 23,8 mmHg.
5. 5 Temukan fraksi mol pelarut. Untuk melakukan ini, temukan rasio jumlah mol suatu zat dengan jumlah total mol semua zat dalam larutan. Dengan kata lain, fraksi mol setiap zat adalah (jumlah mol zat) / (jumlah mol semua zat).
   • Katakanlah Anda menggunakan 1 liter air dan 1 liter sukrosa (gula) untuk membuat sirup. Dalam hal ini, perlu untuk menemukan jumlah mol masing-masing zat. Untuk melakukan ini, Anda perlu menemukan massa masing-masing zat, dan kemudian menggunakan massa molar zat ini untuk mendapatkan mol.
   • Berat 1 liter air = 1000 g
   • Berat 1 liter gula = 1056,7 g
   • Mol (air): 1000 g × 1 mol / 18,015 g = 55,51 mol
   • Mol (sukrosa): 1056,7 g × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 mol (perhatikan bahwa Anda dapat menemukan massa molar sukrosa dari rumus kimianya C₁₂H₂₂HAI₁₁).
   • Jumlah total mol: 55,51 + 3,08 = 58,59 mol
   • Fraksi mol air: 55,51 / 58,59 = 0,947.
6. 6 Sekarang masukkan data dan nilai yang ditemukan dari kuantitas ke dalam persamaan Raoult yang diberikan di awal bagian ini (P_larutan = P_pelarutx_pelarut).
   • Dalam contoh kami:
   • P_larutan = (23,8 mmHg) (0,947)
   • P_larutan = 22,54 mmHg Seni. Ini masuk akal, karena sejumlah kecil gula dilarutkan dalam sejumlah besar air (jika diukur dalam mol; jumlahnya sama dalam liter), sehingga tekanan uap akan sedikit berkurang.

Metode 3 dari 3: Menghitung Tekanan Steam dalam Kasus Khusus

1. 1 Definisi kondisi standar. Seringkali dalam kimia, nilai suhu dan tekanan digunakan sebagai semacam nilai "default". Nilai-nilai ini disebut suhu dan tekanan standar (atau kondisi standar). Dalam masalah tekanan uap, kondisi standar sering disebutkan, jadi lebih baik mengingat nilai standar:
   • Suhu: 273,15 K / 0˚C / 32 F
   • Tekanan: 760 mmHg / 1 atm / 101,325 kPa
2. 2 Tulis ulang persamaan Clapeyron-Clausius untuk menemukan variabel lain. Bagian pertama artikel ini menunjukkan cara menghitung tekanan uap zat murni. Namun, tidak semua masalah membutuhkan pencarian tekanan P1 atau P2; dalam banyak masalah perlu untuk menghitung suhu atau nilai H_vap... Dalam kasus seperti itu, tulis ulang persamaan Clapeyron-Clausius dengan mengisolasi yang tidak diketahui di satu sisi persamaan.
   • Misalnya, diberikan cairan yang tidak diketahui, tekanan uapnya adalah 25 Torr pada 273 K dan 150 Torr pada 325 K. Penting untuk menemukan entalpi penguapan cairan ini (yaitu, H_vap). Solusi untuk masalah ini:
   • 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)) = H_vap Sekarang gantikan nilai yang diberikan untuk Anda:
   • 8,314 J / (K × mol) × (-1,79) / (- 0,00059) = H_vap
   • 8,314 J / (K × mol) × 3033,90 = H_vap = 25223,83 J / mol
3. 3 Pertimbangkan tekanan uap permeat. Dalam contoh kami dari bagian kedua artikel ini, zat terlarut - gula - tidak menguap, tetapi jika zat terlarut menghasilkan uap (menguap), tekanan uap harus diperhitungkan. Untuk melakukannya, gunakan bentuk modifikasi dari persamaan Raoult: P_larutan = (P_zatx_zat), di mana simbol (sigma) berarti perlu untuk menambahkan nilai tekanan uap semua zat yang membentuk larutan.
   • Misalnya, pertimbangkan larutan yang terbuat dari dua bahan kimia: benzena dan toluena. Volume total larutan adalah 120 mililiter (ml); 60 ml benzena dan 60 ml toluena.Suhu larutan adalah 25 ° C, dan tekanan uap pada 25 ° C adalah 95,1 mm Hg. untuk benzena dan 28,4 mm Hg. untuk toluena. Penting untuk menghitung tekanan uap larutan. Kita dapat melakukan ini dengan menggunakan densitas zat, berat molekul dan nilai tekanan uapnya:
   • Berat (benzena): 60 ml = 0,06 l × 876,50 kg / 1000 l = 0,053 kg = 53 g
   • Massa (toluena): 0,06 L × 866,90 kg / 1000 L = 0,052 kg = 52 g
   • Mol (benzena): 53 g × 1 mol / 78,11 g = 0,679 mol
   • Mol (toluena): 52 g × 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol
   • Jumlah total mol: 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Fraksi mol (benzena): 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Fraksi mol (toluena): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Solusi: P_larutan = P_benzenax_benzena + P_toluenax_toluena
   • P_larutan = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • P_larutan = 51,92 mm Hg. Seni. + 12,89mmHg. Seni. = 64,81 mmHg Seni.

Tips

• Untuk menggunakan persamaan Clapeyron Clausius, suhu harus ditentukan dalam derajat Kelvin (dilambangkan dengan K). Jika suhu Anda diberikan dalam Celcius, Anda perlu mengubahnya menggunakan rumus berikut: T_k = 273 + T_C
• Cara di atas bekerja karena energi berbanding lurus dengan jumlah kalor. Suhu cairan adalah satu-satunya faktor lingkungan yang mempengaruhi tekanan uap.