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몇 시간 동안 햇볕에 물 한 병을 두었다가 뚜껑을 열고 작은 "팝"소리를 들었던 적이 있습니까? 이 소리는 증기압 원인 병에서. 화학에서 증기압은 용기의 액체가 증발 (가스로 변함) 할 때 밀폐 된 용기의 벽에 작용하는 압력입니다. 알려진 온도에서 증기압을 찾으려면 Clausius-Clapeyron 방정식을 사용하십시오. ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2)-(1 / T1)).

단계

방법 1/3 : Clausius-Clapeyron 방정식 사용

1. 

   Clausius-Clapeyron 방정식을 작성하십시오. 시간에 따른 증기압의 변화를 고려할 때 증기압 계산 공식은 Clausius-Clapeyron 방정식 (물리학 자 Rudolf Clausius 및 Benoît Paul Émile Clapeyron의 이름을 따서 명명)입니다. 이것은 물리학 및 화학에서 일반적인 증기압 문제를 해결하기 위해 일반적으로 사용되는 공식입니다. 공식은 다음과 같이 작성됩니다. ln (P1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1 / T2)-(1 / T1)). 이 공식에서 변수는 다음을 나타냅니다.
   • ΔH_vap: 액체의 증발 엔탈피. 이 값은 화학 교과서 끝에있는 표에서 찾을 수 있습니다.
   • 아르 자형: 이상 기체 상수이며 8,314 J / (K × Mol)과 같습니다.
   • T1 : 증기압이 알려진 온도 (초기 온도).
   • T2 : 증기압이 필요한 온도 (최종 온도).
   • P1 및 P2 : 온도 T1 및 T2에서의 해당 증기압.

2. 

   
   
   변수에 대해 알려진 값을 대체하십시오. Clausius-Clapeyron 방정식은 변수가 많기 때문에 상당히 복잡해 보이지만 문제가 충분한 정보를 제공한다면 그리 어렵지 않습니다. 가장 기본적인 증기 압력 문제는 두 개의 온도 값과 하나의 압력 값 또는 두 개의 압력 값과 하나의 온도 값을 제공합니다. 이러한 데이터가 있으면 쉽게 해결할 수 있습니다.
   • 예를 들어, 295K의 액체 용기와 1 기압 (atm)의 증기압에 문제가 있다고 가정합니다. 질문은 ~이야: 393K의 온도에서 증기압은 얼마입니까? 온도에 대한 값과 압력에 대한 값이 두 개 있으므로 Clausius-Clapeyron 방정식을 사용하여 남은 압력을 해결할 수 있습니다. 값을 변수에 넣으면 ln (1 / P2) = (ΔH_vap/ R) ((1/393)-(1/295)).
   • Clausius-Clapeyron 방정식의 경우 항상 온도 값을 사용해야합니다. 켈빈. P1 및 P2 모두에 대해 동일한 단위 인 한 모든 압력 값을 사용할 수 있습니다.

3. 

   
   
   상수를 바꿉니다. Clausius-Clapeyron 방정식에는 R과 ΔH의 두 가지 상수가 있습니다._vap. R은 항상 8,314 J / (K × Mol)입니다. 그러나 ΔH_vap (휘발성 엔탈피)는 문제가 제공하는 기화 액체의 유형에 따라 다릅니다. 즉, ΔH 값을 찾을 수 있습니다._vap 화학 또는 물리학 교과서의 끝에있는 다양한 물질에 대해 알아 보거나 온라인에서 찾아보십시오 (예 : 여기).
   • 위의 예에서 액체가 순수한 물. 테이블 값 H에서 조회하면_vap, 우리는 ΔH_vap 정제수의 약 40.65 kJ / mol입니다. H 값은 줄 단위를 사용하므로 다음과 같이 변환해야합니다. 40,650 J / mol.
   • 방정식에 상수를 넣으면 ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393)-(1/295)).

4. 

   
   
   방정식을 풉니 다. 우리가 계산하는 변수를 제외한 모든 값을 방정식의 변수에 삽입 한 후 일반적인 대수 원리에 따라 방정식을 계속 해결하십시오.
   • 방정식을 풀 때 가장 어려운 점 (ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393)-(1/295)))는 자연 로그 함수 (ln)의 처리입니다. 자연 로그 함수를 제거하려면 방정식의 양쪽을 수학 상수의 지수로 사용하십시오. 이자형. 다시 말해, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • 이제 예제의 방정식을 풀어 봅시다.
   • ln (1 / P2) = (40,650 / 8,314) ((1/393)-(1/295))
   • ln (1 / P2) = (4,889.34) (-0.00084)
   • (1 / P2) = e
   • 1 / P2 = 0.0165
   • P2 = 0.0165 = 60.76 기압. 이 값은 합리적입니다. 밀폐 된 용기에서 온도가 거의 100도 (물의 끓는점보다 약 20도 높은 온도까지) 증가하면 많은 수증기가 생성되어 압력이 증가합니다. 많은.
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방법 2/3 : 용해 된 용액의 증기압 찾기

1. 

   Raoult의 법칙을 작성하십시오. 사실, 우리는 순수한 액체로 작업하는 경우는 거의 없습니다. 종종 다양한 물질의 혼합물로 작업해야합니다. 일부 일반적인 혼합물은 소량의 화학 물질을 용해하여 생성됩니다. 용질 많은 양의 다른 화학 물질에서 용제 형성 해결책. 이 경우 다음과 같은 Raoult의 법칙 (물리학 자 François-Marie Raoult의 이름을 따서 명명)에 대한 방정식을 알아야합니다. 피_해결책= P_용제엑스_용제. 이 공식에서 변수는 다음을 나타냅니다.
   • 피_해결책: 모든 용액의 증기압 (모든 용액 성분)
   • 피_용제: 용매 증기압
   • 엑스_용제: 용매의 몰 분율.
   • "어금니 부분"이라는 용어를 아직 모르더라도 걱정하지 마십시오. 다음 단계에서 설명하겠습니다.

2. 

   용액에서 용제와 용제를 구별하십시오. 용액의 증기압을 계산하기 전에 문제가 제공하는 물질을 식별해야합니다. 용매가 용매에 용해되면 용액이 형성됩니다. 용해되는 화학 물질은 항상 용질이며, 그 역할을하는 화학 물질은 용매입니다.
   • 이 섹션에서는 위의 개념을 설명하기 위해 간단한 예제를 사용합니다. 시럽 용액의 증기압을 찾고 싶다고 가정합니다. 일반적으로 시럽은 한 부분의 물에 녹인 설탕의 한 부분으로 준비됩니다. 설탕은 용질이고 물은 용매입니다.
   • 참고 : 자당 (과립 당)의 화학식은 C입니다.₁₂H₂₂영형₁₁. 이 정보는 매우 중요합니다.

3. 

   용액의 온도를 찾으십시오. 앞서 언급 한 Clausius Clapeyron 섹션에서 볼 수 있듯이 액체의 온도는 증기압에 영향을 미칩니다. 일반적으로 온도가 높을수록 증기압이 높아집니다. 온도가 높아질수록 액체가 더 많이 증발하고 용기의 압력이 증가합니다.
   • 이 예에서 시럽의 현재 온도가 다음과 같다고 가정합니다. 298K (약 25C).

4. 

   용매의 증기압을 찾으십시오. 화학적 참조는 일반적으로 많은 일반적인 물질 및 혼합물에 대한 증기압 값을 제공하지만 일반적으로 25 ° C / 298 K 또는 끓는점 온도에서만 압력 값을 제공합니다. 용액에이 온도가있는 경우 기준 값을 사용할 수 있습니다. 그렇지 않으면 용액의 초기 온도에서 증기압을 찾아야합니다.
   • Clausius-Clapeyron 방정식은 P1 및 T1에 대해 압력 및 온도 298K (25C)를 사용하여 여기에 도움이 될 수 있습니다.
   • 이 예에서 혼합물의 온도는 25 ° C이므로 조회 테이블을 사용할 수 있습니다. 우리는 증기압이 25 ° C 인 물을 봅니다. 23.8mmHg

5. 

   용매의 몰분율을 구하십시오. 결과를 해결하기 전에 마지막으로해야 할 일은 용매의 몰 분율을 찾는 것입니다. 이것은 매우 쉽습니다. 성분을 몰로 변환 한 다음 혼합물의 각 몰의 백분율을 찾으십시오. 즉, 각 구성 요소의 어금니 부분은 동일합니다 (혼합물의 몰수) / (혼합물의 총 몰수).
   • 시럽의 제조법은 물 1 리터 (L) 및 자당 (설탕) 1 리터. 그런 다음 각 성분의 몰 수를 찾아야합니다. 이를 위해 각 구성 요소의 질량을 찾은 다음 해당 구성 요소의 몰 질량을 사용하여 몰을 계산합니다.
   • 무게 (물 1L) : 1,000g (g)
   • 무게 (원당 1L) : 약 1056.7g
   • 몰수 (물) : 1,000g × 1mol / 18,015g = 55.51mol
   • 몰 (설탕) : 1,056.7g × 1mol / 342.2965g = 3.08mol (화학식 C에서 설탕의 몰 질량을 찾을 수 있습니다.₁₂H₂₂영형₁₁.)
   • 총 몰 : 55.51 + 3.08 = 58.59 몰
   • 물의 몰 분율 : 55.51 / 58.59 = 0,947

6. 

   결과를 해결하십시오. 마지막으로 라울 트 방정식을 풀기에 충분한 데이터가 있습니다. 이것은 매우 쉽습니다.이 섹션의 시작 부분에 언급 된 라울 트 정리 방정식의 변수에 값을 연결합니다 (피_해결책 = P_용제엑스_용제).
   • 값을 대체하면 다음과 같습니다.
   • 피_해결책 = (23.8mmHg) (0.947)
   • 피_해결책 = 22.54 mmHg. 이 결과는 합리적입니다. 몰 측면에서 약간의 설탕 만 많은 물에 녹기 때문에 (이 둘은 실제로 같은 부피이지만) 증기압은 약간만 떨어집니다.
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3 가지 방법 중 3 : 특별한 경우의 증기 압력 찾기

1. 

   표준 압력 및 온도 조건을 식별합니다. 과학자들은 종종 한 쌍의 압력 및 온도 값을 "기본"조건으로 사용합니다. 이러한 값을 표준 압력 및 온도 (통칭하여 표준 조건 또는 DKTC라고 함)라고합니다. 증기압 문제는 종종 DKTC를 참조하므로 편의를 위해이 값을 기억해야합니다. DKTC는 다음과 같이 정의됩니다.
   • 온도: 273.15K / 0 C / 32F
   • 압력: 760mmHg / 1 기압 / 101,325 킬로 파스칼

2. 

   Clausius-Clapeyron 방정식으로 전환하여 다른 변수를 찾으십시오. Part 1의 예에서 Clausius-Clapeyron 방정식은 순수 물질의 증기압을 계산할 때 매우 효과적이라는 것을 알 수 있습니다. 그러나 모든 문제가 P1 또는 P2를 찾아야하는 것은 아니지만 온도 또는 ΔH 값을 찾아달라고 요청하는 경우가 많습니다._vap. 이 경우 답을 찾으려면 원하는 변수가 방정식의 한쪽에 있고 다른 모든 변수가 다른쪽에 있도록 방정식을 전환하면됩니다.
   • 예를 들어 273K에서 25 torr, 325K에서 150 torr의 증기압을 가진 알려지지 않은 액체가 있다고 가정하고이 액체의 휘발성 엔탈피 (ΔH_vap). 다음을 해결할 수 있습니다.
   • 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. 이제 값을 바꿉니다.
   • 8,314 J / (K × Mol) × (-1.79) / (-0.00059) = ΔH_vap
   • 8,314 J / (K × Mol) × 3,033.90 = ΔH_vap = 25.223.83 J / 몰

3. 

   증발 할 때 용질의 증기압을 고려하십시오. 위의 라울 트 법칙 예에서 용질은 설탕이므로 실온에서 자체적으로 증발하지 않습니다 (설탕 한 그릇이 증발하는 것을 본 적이 있습니까?). 그러나 물질이 용해되면 정말 증발하면 용액의 일반적인 증기압에 영향을 미칩니다. 라울 트 법칙의 변수 방정식을 사용하여이 압력을 계산합니다. 피_해결책 = Σ (P_성분엑스_성분). 기호 (Σ)는 답을 찾기 위해 다른 구성 요소의 모든 증기압을 더해야 함을 의미합니다.
   • 예를 들어 벤젠과 톨루엔이라는 두 가지 화학 물질로 구성된 용액이 있다고 가정 해 보겠습니다. 용액의 총 부피는 120 mL입니다. 60 mL의 벤젠과 60 mL의 톨루엔. 용액 온도는 25 ° C이고 25 ° C에서 각 화학 성분의 증기압은 벤젠의 경우 95.1mmHg, 톨루엔의 경우 28.4mmHg입니다. 주어진 값에 대해 용액의 증기압을 찾으십시오. 두 화학 물질의 밀도, 몰 질량 및 증기압을 사용하여 문제를 해결할 수 있습니다.
   • 부피 (벤젠) : 60 mL = 0.06 L × 876.50 kg / 1,000 L = 0.053 kg = 53 지
   • 무게 (톨루엔) : 0.06 L × 866.90 kg / 1,000 L = 0.052 kg = 52 지
   • 몰수 (벤젠) : 53g × 1mol / 78.11g = 0.679mol
   • 몰수 (톨루엔) : 52g × 1mol / 92.14g = 0.564mol
   • 총 몰 : 0.679 + 0.564 = 1.243
   • 몰 분율 (벤젠) : 0.679 / 1.243 = 0.546
   • 몰 분율 (톨루엔) : 0.564 / 1.243 = 0.454
   • 결과 풀기 : P_해결책 = P_벤젠엑스_벤젠 + P_Toluen엑스_Toluen
   • 피_해결책 = (95.1mmHg) (0.546) + (28.4mmHg) (0.454)
   • 피_해결책 = 51.92 mmHg + 12.89 mmHg = 64.81mmHg
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조언

• 위의 Clausius Clapeyron 방정식을 사용하려면 온도를 Kevin 단위 (K로 표시)로 변환해야합니다. 온도가 섭씨 인 경우 다음 공식으로 변경하십시오. 티_케이 = 273 + T_씨
• 에너지는 공급되는 열량에 비례하기 때문에 위의 방법을 적용 할 수 있습니다. 액체의 온도는 증기압에 영향을 미치는 유일한 환경 요인입니다.