भाप दबाव की गणना कैसे करें

क्या आपने कभी पानी की एक बोतल कुछ घंटों के लिए सूरज से बाहर निकल कर रखी है और एक महसूस करते हैं "फुफकार" जब इसे खोलने? इस घटना को एक सिद्धांत कहा जाता है "भाप दबाव" (या वाष्प दबाव)। रसायन विज्ञान में यह एक वायुरोधी कंटेनर की दीवारों पर एक वाष्पीकरण पदार्थ (जो गैस में बदल जाता है) द्वारा लगाए गए दबाव के रूप में परिभाषित किया जाता है। किसी निश्चित तापमान पर भाप के दबाव को खोजने के लिए, आपको इसका उपयोग करना चाहिए क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण

सामग्री

कदम

विधि 1
विधि 2
विधि 3

टिप्स

: एलएन (पी 1 / पी 2) = (Δ एच_VAP/ आर) ((1 / टी 2) - (1 / टी 1)).

कदम

विधि 1

क्लॉसियस-क्लैपेरियन समीकरण का प्रयोग करें

क्लॉसियस-क्लैपेरॉन सूत्र लिखें इसका उपयोग समय की अवधि में दबाव परिवर्तन से वाष्प दबाव की गणना करने के लिए किया जाता है। समीकरण का नाम भौतिक विज्ञानी रूडोल्फ क्लॉज़ियस और बेनोइट पाल एमिल क्लैपेरॉन से निकला है। समीकरण आमतौर पर भौतिकी और रसायन विज्ञान वर्गों के दौरान आने वाली सबसे सामान्य भाप दबाव समस्याओं को हल करने के लिए प्रयोग किया जाता है। सूत्र है: एलएन (पी 1 / पी 2) = (Δ एच_VAP/ आर) ((1 / टी 2) - (1 / टी 1)). यहाँ चर का अर्थ है:

ΔH_VAP: वाष्पीकरण के उत्साह तरल का आप रसायन शास्त्र ग्रंथों के अंतिम पृष्ठों पर एक तालिका में यह डेटा पा सकते हैं।
आर: इस गैसों की सार्वभौमिक स्थिरता, यही है, 8,314 जे / (के एक्स मोल)
टी 1: वाष्प दबाव के ज्ञात मूल्य (प्रारंभिक तापमान) से संबंधित तापमान।
टी 2: गणना करने के लिए भाप दबाव मान से संबंधित तापमान (अंतिम तापमान)।
पी 1 और पी 2: क्रमशः तापमान T1 और T2 पर वाष्प दबाव।

ज्ञात चर दर्ज करें क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण जटिल लगता है क्योंकि इसमें कई अलग-अलग चर हैं, लेकिन यह सही नहीं है जब किसी को सही जानकारी मिलती है। बुनियादी समस्याओं कि भाप के दबाव को प्रभावित, सामान्य रूप में, तापमान के दो मानों प्रदान करते हैं और किसी दिए गए दबाव, या एक तापमान और के लिए दो pressioni- एक बार आप इस जानकारी है, विधि समाधान खोजने के लिए प्राथमिक है ।

उदाहरण के लिए, 2 9 5 के तापमान पर तरल से भरे कंटेनर पर विचार करें, जिसका वाष्प दबाव 1 वायुमंडल (एटीएम) है I समस्या 393 के तापमान पर वाष्प के दबाव को खोजने के लिए कहती है। इस मामले में हम प्रारंभिक और अंतिम तापमान और वाष्प के दबाव को जानते हैं, इसलिए हमें क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण में इस जानकारी को दर्ज करना होगा और इसे हल करना होगा `अज्ञात। इसलिए हमारे पास होगा: एलएन (1 / पी 2) = (Δ एच_VAP/ आर) ((1/393) - (1/2 9 5)).

याद रखें कि क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण में तापमान हमेशा डिग्री में व्यक्त किया जाना चाहिए केल्विन (के)। दबाव को माप के किसी भी इकाई में व्यक्त किया जा सकता है, बशर्ते वह पी 1 और पी 2 के लिए समान है।

स्थिरांक दर्ज करें इस मामले में हमारे पास दो स्थिर मूल्य हैं: आर और Δ एच_VAP. आर हमेशा 8.314 जे / (के एक्स मोल) के बराबर है। ΔH_VAP (वाष्पीकरण उत्साह), दूसरी ओर, प्रश्न में पदार्थ पर निर्भर करता है। जैसा कि पहले ही कहा गया है, ΔH के मूल्यों को खोजना संभव है_VAP रसायन विज्ञान, भौतिक विज्ञान या ऑनलाइन पुस्तकों के अंतिम पृष्ठों पर तालिका में पदार्थों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए।

मान लीजिए कि हमारे उदाहरण में तरल है एक तरल राज्य में शुद्ध पानी. यदि हम Δ एच के संगत मूल्य की खोज करते हैं_VAP एक तालिका में, हम पाते हैं कि यह लगभग 40.65 केजे / मोल के बराबर है। चूंकि हमारे निरंतर आर जूल में व्यक्त किए जाते हैं और किलोजोल में नहीं, हम वाष्पीकरण के उत्साही मूल्य को परिवर्तित कर सकते हैं 40.650 जे / मोल.

समीकरण में स्थिरांक डालने से हम इसे प्राप्त करते हैं: एलएन (1 / पी 2) = (40.650 / 8.314) ((1/393) - (1/295)).

समीकरण को हल करें एक बार जब आप अपने निपटान में मौजूद आंकड़ों के साथ अज्ञात लोगों की जगह लेते हैं, तो आप ग़लत मान ढूंढने के लिए समीकरण हल करना शुरू कर सकते हैं, बीजगणित के मूल नियमों का सम्मान कर सकते हैं।

समीकरण का एकमात्र मुश्किल भाग (एलएन (1 / पी 2) = (40.650 / 8.314) ((1/393) - (1/295)) प्राकृतिक लॉगरिदम (एलएन) खोजने के लिए है इसे समाप्त करने के लिए, बस समीकरण के दोनों पक्षों को गणितीय स्थिरांक के एक एक्सपोनेंट के रूप में उपयोग करें और. दूसरे शब्दों में: एलएन (x) = 2 → ई^{ln (x)} = ई² → एक्स = ई².

इस बिंदु पर आप समीकरण को हल कर सकते हैं:

एलएन (1 / पी 2) = (40.650 / 8.314) ((1/393) - (1/295))

एलएन (1 / पी 2) = (4,88 9 .3 4) (- 0.00084)

(1 / पी 2) = ई^(-4.107).

1 / पी 2 = 0.0165

पी 2 = 0.0165^-1 = 60.76 एटीएम. यह मान (पानी मूल्य के उबलते बिंदु से ऊपर 20 डिग्री) कम से कम 100 डिग्री के तापमान, यह और भाप का एक बहुत उत्पन्न करता है काफी फलस्वरूप दबाव बढ़ता बढ़ रही है, क्योंकि एक सील बंद कंटेनर में समझ में आता है।

विधि 2

एक समाधान के स्टीम दबाव का पता लगाएं

लिखें राउल्ट का कानून. रोज़मर्रा की दुनिया में यह केवल एक शुद्ध तरल से निपटने के लिए बहुत दुर्लभ है - आमतौर पर आपको तरल पदार्थ के साथ काम करना पड़ता है जो विभिन्न पदार्थों के मिश्रण के उत्पाद हैं। इन सामान्य तरल पदार्थों में से एक का नाम एक निश्चित मात्रा में रासायनिक पदार्थ को भंग करने से उत्पन्न होता है "घुला हुआ पदार्थ", एक और रासायनिक की एक बड़ी मात्रा में, कहा जाता है "विलायक"। इस मामले में, राउल के नाम से जाना जाने वाला समीकरण, जो भौतिक विज्ञानी फ्रांकोइस-मैरी राउल्ट को अपना नाम देता है, हमें मदद करता है समीकरण निम्नानुसार दर्शाया गया है: पी_{समाधान}= P_{विलायक}एक्स_{विलायक}. इस सूत्र में चर का संदर्भ है:

पी_{समाधान}: पूरे समाधान का वाष्प दबाव (सभी के साथ "सामग्री" संयुक्त)।
पी_{विलायक}: विलायक वाष्प दबाव
एक्स_{विलायक}: विलायक का दाढ़ अंश
चिंता मत करो अगर आपको शब्द नहीं पता "दाढ़ी अंश"- हम निम्नलिखित चरणों में विषय को संबोधित करेंगे।

विलायक और समाधान के विलेपन को पहचानता है। अधिक अवयवों के साथ तरल के वाष्प के दबाव की गणना करने से पहले आपको अवश्य समझना चाहिए कि आप किस पदार्थ पर विचार कर रहे हैं। याद रखें कि समाधान में विलायक में भंग विलायक होता है - विघटनशील रसायन हमेशा कहा जाता है "घुला हुआ पदार्थ", जबकि विघटन की अनुमति देता है कि एक हमेशा कहा जाता है "विलायक"।

चलो अब तक चर्चा की अवधारणाओं को बेहतर ढंग से समझाया के लिए एक सरल उदाहरण पर विचार करें। मान लीजिए हम एक साधारण सिरप के वाष्प के दबाव को ढूंढना चाहते हैं। यह परंपरागत रूप से पानी के एक भाग में भंग चीनी के एक हिस्से के साथ तैयार किया जाता है। इसलिए हम यह पुष्टि कर सकते हैं कि चीनी विलायक और पानी विलायक है.

याद रखें कि sucrose के रासायनिक सूत्र (आम तालिका चीनी) सी है₁₂एच₂₂या₁₁. यह जानकारी जल्द ही बहुत उपयोगी साबित होगी

समाधान का तापमान ढूंढें जैसा कि हमने क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण में देखा, पिछले खंड में, तापमान वाष्प दबाव पर काम करता है। आम तौर पर, तापमान जितना ऊंचा और वाष्प दबाव अधिक होता है, तापमान बढ़ने की वजह से, वाष्पीकरण की तरल की मात्रा भी बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप कंटेनर के अंदर दबाव बढ़ता है।

हमारे उदाहरण में, मान लीजिए कि हमारे पास तापमान पर एक साधारण सिरप है 298 के (लगभग 25 डिग्री सेल्सियस)

विलायक वाष्प दबाव का पता लगाएं ग्रंथ और रसायन विज्ञान शिक्षण सामग्री, सामान्य रूप से, कई सामान्य पदार्थों और यौगिकों के लिए वाष्प दबाव मूल्य की रिपोर्ट करें ये मूल्य, हालांकि, केवल 25 डिग्री सेल्सियस / 2 9 8 के तापमान या उबलते बिंदु का संदर्भ देते हैं। यदि आपको ऐसी समस्या से निपटना होगा जहां पदार्थ इन तापमानों पर नहीं हैं, तो आपको कुछ गणना करना होगा

क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण इस मार्ग में मदद कर सकता है - संदर्भ दबाव के साथ पी 1 को बदलने और 298 के साथ टी 1

हमारे उदाहरण में, समाधान में 25 डिग्री सेल्सियस का तापमान होता है, इसलिए आप संदर्भ मूल्य का उपयोग कर सकते हैं जिसे हम तालिकाओं में पाते हैं। 25 डिग्री सेल्सियस पर पानी वाष्प दबाव के बराबर है 23.8 मिमी एचजी.

विलायक का दाढ़ अंश खोजें सूत्र को हल करने के लिए आपको जो अंतिम डेटा की ज़रूरत है वह द्विध्रुवीय अंश है यह एक सरल प्रक्रिया है: आपको समाधान हल करने की आवश्यकता है, और फिर आपको समाधान मिल जाए "मात्रा बनाने की विधि" प्रत्येक तत्व के मॉल का प्रतिशत जो इसे लिखता है। दूसरे शब्दों में, प्रत्येक तत्व का दाता अंश: (एलीमेंट मोल्स) / (कुल समाधान मॉल).

मान लीजिए कि सिरप के नुस्खा का उपयोग करने की योजना है 1 लीटर पानी और 1 लीटर सूक्रोज के बराबर. इस मामले में आपको उनमें से प्रत्येक में मौजूद मॉल की संख्या अवश्य मिलनी चाहिए। ऐसा करने के लिए, आपको प्रत्येक पदार्थ का द्रव्यमान मिलना चाहिए और फिर मोल्स की संख्या को खोजने के लिए दाढ़ जन का उपयोग करना चाहिए।

1 एल पानी का जन: 1000 ग्राम

कच्ची चीनी के 1 एल का संचयन: लगभग 1056.7 ग्राम

पानी के मॉल: 1000 ग्राम x 1 मोल / 18,015 ग्राम = 55.51 तलवों।

सैकरोज़ मोल्स: 1056.7 ग्राम x 1 मोल / 342.2 9 65 जी = 3.08 मेल्स (आप पा सकते हैं चीनी का दाढ़ द्रव्यमान इसके रासायनिक सूत्र से शुरू, सी₁₂एच₂₂या₁₁)।

कुल मॉल: 55.51 + 3.08 = 58.5 9 तलवों

पानी का चक्कर अंश: 55.51 / 58.5 9 = 0.947.

समीकरण को हल करें अब आपके पास राउल्ट कानून समीकरण को हल करने की जरूरत है। यह मार्ग अविश्वसनीय रूप से सरल है: बस इस सूत्र के प्रारंभ में वर्णित सरल सूत्र में ज्ञात मान दर्ज करें (पी_{समाधान} = पी_{विलायक}एक्स_{विलायक})।

मूल्यों के साथ अज्ञातों की जगह, हम प्राप्त करते हैं:

पी_{समाधान} = (23.8 मिमी एचजी) (0.947)

पी_{समाधान} = 22.54 मिमी एचजी. यह मान समझदार है, मॉल के मामले में- बहुत सी पानी में भंग की छोटी चीनी होती है (भले ही दो सामग्रियां एक ही मात्रा में हों), तो वाष्प दबाव केवल थोड़ा बढ़ता है।

विधि 3

विशेष मामलों में भाप दबाव ढूँढना

उन्हें पता चलें दबाव और तापमान की मानक शर्तों. वैज्ञानिकों ने दबाव और तापमान के स्थापित मूल्यों का उपयोग एक प्रकार की शर्त के रूप में किया है "चूक", गणना के लिए बहुत सुविधाजनक इन स्थितियों को तापमान और मानक दबाव (संक्षिप्त रूप में टीपीएस) कहा जाता है। भाप दबाव की समस्या अक्सर टीपीएस की स्थिति का संदर्भ देती है, इसलिए उन्हें भंडारण करना उचित है। टीपीएस मूल्यों को परिभाषित किया गया है:

तापमान: 273.15 के / 0 डिग्री सेल्सियस / 32 डिग्री फ़ारेनहाइट.
दबाव: 760 मिमी एचजी / 1 एटीएम / 101.325 किलोगस्कल

अन्य चर को खोजने के लिए क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण को संशोधित करें। ट्यूटोरियल के पहले खंड के उदाहरण में, यह सूत्र शुद्ध पदार्थों के वाष्प दबाव को खोजने के लिए बहुत उपयोगी था। हालांकि, सभी समस्याओं को पी 1 या पी 2 को खोजने की आवश्यकता नहीं है-अक्सर तापमान का मान खोजना और अन्य मामलों में यह भी आवश्यक है कि Δ एच_VAP. सौभाग्य से, इन मामलों में, समाधान समानता के संकेत के एक तरफ अज्ञात को अलग करने, समीकरण के भीतर शब्दों की व्यवस्था को बदलकर बस पाया जा सकता है।

उदाहरण के लिए, चलो एक अज्ञात तरल के वाष्पीकरण उत्साह की तलाश करने पर विचार करते हैं जिस पर 273 के और 255 के पर 150 टोर पर 25 टोरर का वाष्प दबाव होता है। हम इस समस्या को इस तरह से हल कर सकते हैं:

एलएन (पी 1 / पी 2) = (Δ एच_VAP/ आर) ((1 / टी 2) - (1 / टी 1))

(एलएन (पी 1 / पी 2)) / ((1 / टी 2) - (1 / टी 1)) = (Δ एच_VAP/ आर)।

आर एक्स (एलएन (पी 1 / पी 2)) / ((1 / टी 2) - (1 / टी 1)) = Δ एच_VAP. इस बिंदु पर, हम मूल्यों को दर्ज कर सकते हैं:

8.314 जे / (के एक्स मोल) एक्स (-1.7 9) / (- 0.00059) = Δ एच_VAP.

8.314 जे / (के एक्स मोल) एक्स 3.033.90 = Δ एच_VAP = 25,223.83 जे / मोल.

भाप के वाष्प के दबाव पर विचार करें जो भाप पैदा करता है। राउल्ट के कानून से निपटने वाले अनुभाग में, सॉल्ट (शक्कर) सामान्य तापमान पर किसी भी भाप का उत्पादन नहीं करता (सोचने का प्रयास करें, आखिरी बार जब आपने शराब का वाष्प देखा था?)। हालांकि, जब आप एक solute का उपयोग करें कि "उड", तो यह वाष्प दबाव मूल्य के साथ हस्तक्षेप करता है राउल्ट के कानून के लिए हमें संशोधित सूत्र का उपयोग करके इसे ध्यान में रखना चाहिए: पी_{समाधान} = Σ (पी_अंगएक्स_अंग). सिग्मा प्रतीक (Σ) इंगित करता है कि समाधान खोजने के लिए आपको विभिन्न घटकों के सभी दबाव मानों को जोड़ना होगा।

उदाहरण के लिए, हम दो रसायनों से बना एक समाधान पर विचार करते हैं: बेंजीन और टोल्यूनि समाधान की कुल मात्रा 120 मिलीलीटर, बेंजीन की 60 मिलीलीटर और टोल्यूनि की 60 मिलीलीटर है। समाधान का तापमान 25 डिग्री सेल्सियस और 25 डिग्री सेल्सियस पर प्रत्येक पदार्थ का वाष्प दबाव बेंजीन के लिए 95.1 मिमी एचजी और टोल्यूनि के लिए 28.4 मिमी एचजी है। इस जानकारी से, समाधान के भाप का दबाव प्राप्त करना चाहिए। आप इसे मानक घनत्व मूल्य, दाढ़ द्रव्यमान और दो पदार्थों के वाष्प के दबाव का उपयोग कर सकते हैं:

बेंजीन की जनसंख्या: 60 मिली = 0.060 एल &टाइम्स 876.50 किलो / 1000 एल = 0.053 किलो = 53 ग्राम.

टोल्यूनि का द्रव्यमान: 60 मिली = 0.060 एल &बार 866,90 किग्रा / 1000 एल = 0,052 किलो = 52 ग्राम.

बेंजीन का मॉल: 53 ग्राम x 1 मोल / 78.11 ग्राम = 0.679 तलवों।

टोल्यूनि के मोल्स: 52 ग्राम x 1 मोल / 92.14 ग्राम = 0.564 मोल्स

कुल मॉल: 0.679 + 0.564 = 1.43

बेंजीन की आणविक अंश: 0.679 / 1.243 = 0.546

टोल्यूनि का मूलांश अंश: 0.564 / 1.243 = 0.454

संकल्प: पी_{समाधान} = पी_{बेंजीन}एक्स_{बेंजीन} + पी_{टोल्यूनि}एक्स_{टोल्यूनि}.

पी_{समाधान} = (95.1 मिमी एचजी) (0.546) + (28.4 मिमी एचजी) (0.454)।

पी_{समाधान} = 51.92 मिमी एचजी + 12.8 9 मिमी एचजी = 64.81 मिमी एचजी.

टिप्स

लेख में वर्णित क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण का उपयोग करने के लिए, तापमान काल्विन डिग्री (के साथ संकेत दिया गया) में व्यक्त किया जाना चाहिए। यदि यह डिग्री सेल्सियस में आपूर्ति की जाती है, तो आपको सूत्र का उपयोग करके रूपांतरण के साथ आगे बढ़ना होगा: टी_{कश्मीर} = 273 + टी_ग.
विधियों ने काम का संकेत दिया क्योंकि ऊर्जा सीधे गर्मी की मात्रा के लिए आनुपातिक रूप से लागू होती है। तरल का तापमान केवल एक पर्यावरणीय कारक है जिस पर दबाव निर्भर करता है।