भाप दबाव की गणना कैसे करें

क्या आपने कुछ घंटों के लिए झुलसाने वाली धूप में पानी की एक बोतल छोड़ी है, फिर एक छोटी सी सीटी सुनकर इसे फिर से खोल दिया है? यह घटना एक सिद्धांत के कारण होता है जिसे कहा जाता है वाष्प दबाव

सामग्री

चरणों

विधि 1क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण का उपयोग करना
विधि 2भंग समाधानों के साथ वाष्प के दबाव की खोज करना
विधि 3विशेष मामलों में वाष्प के दबाव की खोज करना

युक्तियाँ

. रसायन विज्ञान में, भाप का दबाव एक कंटेनर की दीवारों पर लगाया जाने वाला दबाव होता है, जब उसमें पदार्थ गैस में परिवर्तित हो जाता है। किसी दिए गए तापमान पर वाष्प के दबाव को जानने के लिए, क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण का उपयोग करें: एलएन (पी 1 / पी 2) = (Δ एच_भाप/ आर) ((1 / टी 2) - (1 / टी 1)).

चरणों

विधि 1
क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण का उपयोग करना

पिक्चर शीर्षक से भाप दबाव चरण 1 परिकलित करें

क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण लिखें सूत्र वाष्प दबाव की गणना करने के लिए प्रयोग किया जाता, मौजूदा दबाव में एक निश्चित बदलाव को देखते हुए Clausius-Clapeyron समीकरण (के नाम पर शारीरिक रुडोल्फ Clausius Clapeyron और बेनोइट पॉल एमिल) कहा जाता है। यह आमतौर पर भौतिकी और रसायन शास्त्र पाठ्यपुस्तकों में सबसे सामान्य वाष्प दबाव समस्याओं को खोजने के लिए आवश्यक सूत्र है। इसे निम्नानुसार लिखा गया है: एलएन (पी 1 / पी 2) = (Δ एच_भाप/ आर) ((1 / टी 2) - (1 / टी 1)). इस सूत्र में, चर निम्न चर का संदर्भ देते हैं:

DH_भाप: तरल के वाष्पीकरण के एन्थाल्पी यह मान आम तौर पर एक रसायन शास्त्र किताबों के पीछे के कवर पर तालिका में पाया जा सकता है।
आर: वास्तविक गैसीय सामग्री, या 8.314 जे / (के × मोल)
टी 1: तापमान जिस पर भाप का दबाव जाना जाता है (या प्रारंभिक तापमान)।
टी 2: तापमान जिस पर वाष्प का दबाव पाया जाता है (या अंतिम तापमान)।
पी 1 / पी 2: क्रमशः तापमान T1 और T2 पर वाष्प के दबाव।

ज्ञात चर दर्ज करें क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण विभिन्न चर की बड़ी संख्या को देखते हुए चुनौतीपूर्ण लगता है, लेकिन पर्याप्त जानकारी उपलब्ध होने पर यह वास्तव में मुश्किल नहीं है। सबसे बुनियादी वाष्प दबाव की समस्या आपको तापमान और दबाव के एक रिश्तेदार के संबंध में दो मान देगी, या दबाव के दो रिश्तेदार और तापमान के एक रिश्तेदार - जब वे मौजूद हों, तो समस्या सुलझाना आसान होगा।

उदाहरण के लिए, मान लें कि हमारे पास हमारे सामने 295 के तापमान पर एक कंटेनर भरा हुआ है, जिसका वाष्प दबाव 1 एटीएम के बराबर है। सवाल है: 393 के तापमान पर वाष्प का दबाव क्या है?हमारे पास तापमान के दो मूल्य और एक दबाव है, ताकि हम क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण के साथ समस्या को हल कर सकें। चर दर्ज करने पर, हमारे पास होगा: एलएन (1 / पी 2) = (Δ एच_भाप/ एन) ((1/393) - (1/2 9 5))
ध्यान दें कि क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरणों में, डिग्री के तापमान मूल्यों को दर्ज करना आवश्यक है केल्विन. आप किसी भी दबाव मानों का उपयोग तब तक कर सकते हैं जब तक वे पी 1 और पी 2 पर समान इकाइयों में हैं।

स्थिरांक दर्ज करें क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण में दो स्थिरांक होते हैं: आर और Δ एच_भाप. आर हमेशा 8.314 J / (के × मोल) के बराबर है। Δ एच का मूल्य_भाप (वाष्पीकरण के उत्साह), तथापि, उस पदार्थ पर निर्भर करता है जिसका वाष्प दबाव की जांच हो रही है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, आपको Δ एच के मूल्य मिल सकते हैं_भाप रसायन विज्ञान या भौतिक विज्ञान पुस्तकों के पीछे के कवर पर विभिन्न पदार्थों से संबंधित या ऑनलाइन (उदाहरण के लिए, यहां)।

हमारे उदाहरण में, हम कहते हैं कि हमारे तरल में शामिल हैं शुद्ध तरल पानी. यदि हम ΔH के मूल्यों की एक तालिका देखें_भाप, हम पाते हैं कि ΔH_भाप लगभग 40.65 केजे / मोल के बराबर होगा चूंकि एच के लिए हमारा मूल्य जौल्स का उपयोग करता है, इसलिए हम संख्या को बदल सकते हैं 40,650 जे / मोल.
हमारे समीकरण में स्थिरांक डालने से, हमारे पास निम्न होगा: एलएन (1 / पी 2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295)).

चित्र शीर्षक वाष्प दबाव चरण 4 की गणना करें

समीकरण को हल करें एक बार आपके पास सभी चर को समीकरण में दर्ज किया जाता है, जिसे छोड़ दिया जाना चाहिए, इसे सामान्य बीजगणित के नियमों के अनुसार हल करके आगे बढ़ें।

समीकरण का एकमात्र मुश्किल भाग - एलएन (1 / पी 2) = (40,650 / 8,314) ((1/393) - (1/295)) - प्राकृतिक लॉगरिदम (एलएन) से निपटने के लिए है एक प्राकृतिक लॉगरिदम को रद्द करने के लिए, गणितीय स्थिरांक के लिए एक्सपोनेंट के रूप में समीकरण के दोनों ओर बस का उपयोग करें और. दूसरे शब्दों में: एलएन (x) = 2 → ई^{एलएन (एक्स)} = ई² → एक्स = ई².
अब, समीकरण को हल करें:
- 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 समझ में आता है - एक संलग्न कंटेनर में, लगभग 100 डिग्री (पानी के उबलते बिंदु से ऊपर लगभग 20 डिग्री तक) तक तापमान बढ़ाकर भाप की भारी मात्रा में पैदा होगा, जिससे आंतरिक दबाव बढ़ जाएगा।

विधि 2
भंग समाधानों के साथ वाष्प के दबाव की खोज करना

राउल्ट का कानून लिखें वास्तविक जीवन में, यह एक ही शुद्ध तरल के साथ काम करने के लिए दुर्लभ है - आम तौर पर, हम विभिन्न संमिश्र पदार्थों के मिश्रित द्रव्यों से निपटते हैं इनमें से कुछ सबसे आम नामक एक विशिष्ट रसायन में एक छोटी राशि को भंग करके बनाया जाता है घुला हुआ पदार्थ एक रासायनिक नाम की बड़ी मात्रा में विलायक, एक बनाना समाधान. इन मामलों में, राऊल्ट के कानून (भौतिक विज्ञानी फ्रांकोइस-मैरी राउल्ट के नाम पर) नामक एक समीकरण को जानना उपयोगी है, जो निम्न के जैसा होता है: पी_{समाधान} = पी_{विलायक} एक्स एक्स_{विलायक}. इस सूत्र में, चर का संदर्भ है:

पी_{समाधान}: पूरे समाधान का वाष्प दबाव (सभी घटक भागों संयुक्त)।
पी_{विलायक}: विलायक का वाष्प दबाव
एक्स_{विलायक}: विलायक का दाढ़ अंश
चिंता मत करो अगर आपको "तिल अंश" जैसे शब्द नहीं पता हैं - उन्हें अगले चरणों में समझाया जाएगा।

अपने समाधान में विलायक और विलेपन की पहचान करें मिश्रित तरल के वाष्प के दबाव की गणना करने से पहले, आपको उन पदार्थों की पहचान करने की आवश्यकता होती है जिनके साथ आप काम कर रहे हैं। यह याद रखना महत्वपूर्ण है कि एक विलायक में विलायक भंग होने पर एक समाधान बनता है- भंग करने वाला रासायनिक हमेशा विलायक होता है, और जो घुलनशील होता है वह हमेशा विलायक होता है।

हम चर्चा करने वाले अवधारणाओं को स्पष्ट करने के लिए एक सरल उदाहरण के माध्यम से काम करेंगे। उदाहरण के लिए, मान लीजिए कि हम एक साधारण सिरप के वाष्प के दबाव का पता लगाने का लक्ष्य रखते हैं। परंपरागत रूप से, इस पदार्थ में पानी के एक हिस्से में चीनी का एक हिस्सा भंग होता है, इसलिए चीनी विलायक और पानी, विलायक है.
ध्यान दें कि सुक्रोज के लिए रासायनिक सूत्र (सामान्य चीनी) सी है₁₂एच₂₂₁₁. यह जल्द ही महत्वपूर्ण होगा

चित्र शीर्षक वाष्प दबाव चरण 7 की गणना करें

समाधान का तापमान ढूंढें जैसे क्लॉजियस-क्लैपेरॉन अनुभाग में ऊपर देखा गया है, तरल का तापमान इसके वाष्प के दबाव को प्रभावित करेगा। सामान्य तौर पर, तापमान जितना अधिक होता है, वाष्प के दबाव में जितना ऊंचा होता है उतना ही तापमान बढ़ जाता है, उतना तरल वाष्प बनाते हैं, भाप बनते हैं और पोत के आंतरिक दबाव में वृद्धि करते हैं।

हमारे उदाहरण में, हम कहते हैं कि आम सिरप का वर्तमान तापमान बराबर है 298 के (लगभग 25 डिग्री सेल्सियस)

विलायक के वाष्प के दबाव का पता लगाएं रासायनिक संदर्भ सामग्री आम तौर पर विभिन्न यौगिकों और सामान्य पदार्थों के लिए वाष्प दबाव मूल्यों को प्रदर्शित करती है लेकिन आमतौर पर 25 डिग्री सेल्सियस (2 9 8 किलो) या उनके उबलते बिंदु पर प्रस्तुत किया जाएगा। यदि आपका समाधान इन तापमानों में से एक है, तो आप संदर्भ मूल्य का उपयोग कर सकते हैं। यदि नहीं, तो आपको अपने वर्तमान तापमान पर वाष्प के दबाव का पता लगाना होगा।

क्लॉजियस-क्लैपेरॉन अनुपात इस बिंदु पर मदद कर सकता है - क्रमशः वाष्प दबाव और पी 1 और टी 1 के लिए 298 के (25 डिग्री सेल्सियस) का उपयोग करें।
हमारे उदाहरण में, मिश्रण 25 डिग्री सेल्सियस पर है, इसलिए हम संदर्भ तालिकाओं का उपयोग कर सकते हैं। हम पाते हैं कि 25 डिग्री सेल्सियस पर पानी के बराबर वाष्प दबाव होता है 23.8 मिमी एचजी.

अपने विलायक के दाएं अंश का पता लगाएं समीकरण को सुलझाने से पहले किया जाने वाला अंतिम हमारे विलायक का दाढ़ अंश खोजना है। इस मूल्य को ढूँढना आसान है: बस घटकों को मोल में परिवर्तित करें और फिर प्रत्येक घटक द्वारा कब्जा किए गए पदार्थ में कुल मॉल की प्रतिशतता का पता लगाएं दूसरे शब्दों में, प्रत्येक दाब का अंश निम्न के बराबर है: (घटक के moles) / (पदार्थ में कुल moles की संख्या).

मान लीजिए कि आम शराब के लिए हमारा नुस्खा उपयोग करता है 1 लीटर पानी और 1 लीटर सूक्रोज (चीनी). इस मामले में, हमें प्रत्येक पदार्थ के moles की संख्या का पता लगाना होगा। ऐसा करने के लिए, उनमें से प्रत्येक के द्रव्यमान को खोजने के लिए आवश्यक है और उसके बाद इस मूव को मोल में परिवर्तित करने के लिए इसके दाढ़ जन का उपयोग करें।
- 1 लीटर पानी: 1000 ग्राम (छ)
- सामान्य चीनी के 1 लीटर पास्ता: लगभग 1,056.7 ग्राम
- पानी के ठोस: 1000 ग्राम × 1 मोल / 18,015 ग्राम = 55.51 तलवों।
- सुक्रोज़ मोलः 1.056.7 ग्राम 1 मोल / 342.2 9 65 जी = 3.08 तलवों (ध्यान दें कि यह संभव है sucrose के दाढ़ जन प्राप्त इसके रासायनिक सूत्र से, सी₁₂एच₂₂₁₁)।
- 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 अंत में, हमारे पास राउल्ट के कानून के समीकरण को हल करने के लिए सभी आवश्यक हैं। यह हिस्सा आश्चर्यजनक रूप से आसान है: बस धारा की शुरुआत में सरलीकृत समीकरण में मौजूद चर के लिए मूल्य दर्ज करें: पी_{समाधान} = पी_{विलायक} एक्स एक्स_{विलायक}.

वर्तमान मूल्यों को प्रतिस्थापित करना, हमारे पास है:
- पी_{समाधान} = (23.8 मिमी एचजी) (0.947)
- पी_{समाधान} = 22.54 मिमी एचजी. यह समझ में आता है - दाढ़ के संदर्भ में, बहुत पानी में भंग होने वाली एक छोटी चीनी होती है (भले ही, व्यावहारिक रूप से, दोनों सामग्री में एक ही मात्रा है), तो वाष्प का दबाव थोड़ा कम हो जाएगा

विधि 3
विशेष मामलों में वाष्प के दबाव की खोज करना

सामान्य तापमान और दबाव की स्थिति से अवगत रहें वैज्ञानिक अक्सर सुविधा के लिए, तापमान और दबाव के मूल्यों के "मानकीकृत" सेट का उपयोग करते हैं। उन्हें तापमान और दबाव की सामान्य स्थितियां, या सीएनटीपी कहा जाता है। वाष्प दबाव की समस्याएं आमतौर पर सीएनटीपी शर्तों को दर्शाती हैं, और इन मूल्यों को हमेशा मेमोरी में रखना काफी व्यावहारिक है सीएनटीपी मूल्यों को परिभाषित किया गया है:

तापमान: 273.15 के / 0 डिग्री सेल्सियस / 32 डिग्री फारेनहाइट.
दबाव: 760 मिमी एचजी / 1 एटीएम / 101,325 केपीए.

अन्य वैरिएबल्स को खोजने के लिए क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण का पुनर्व्यवस्थित करें। हमारे उदाहरण में, धारा 1 में, हम मानते हैं कि क्लॉज़ियस-क्लैपेरॉन समीकरण शुद्ध पदार्थों के सापेक्ष भाप दबावों की खोज के लिए बहुत उपयोगी है। हालांकि, सभी प्रश्न आपको पी 1 या पी 2 के मूल्य को जानने के लिए नहीं कहेंगे - बहुत से आप चाहते हैं कि आपको तापमान का मान मिल जाए या यहां तक कि ΔH का मूल्य_भाप. सौभाग्य से, इन मामलों में, सही उत्तर प्राप्त करने के लिए, समीकरण को पुनर्व्यवस्थित करें ताकि समानता के एक तरफ हल करने के लिए केवल चर को छोड़ दें।

उदाहरण के लिए, मान लीजिए कि हमारे पास वाष्प दबाव वाले 273 कश्मीर में 25 टोर के बराबर वाष्प के दबाव के साथ और 325 के पर 150 टन के बराबर है और हम इस तरल (वाष्पीकरण) के वाष्पीकरण की खोज करना चाहते हैं।_भाप)। हम इस समस्या को हल कर सकते हैं:
- एलएन (पी 1 / पी 2) = (Δ एच_भाप/ आर) ((1 / टी 2) - (1 / टी 1))
- (एलएन (पी 1 / पी 2)) / ((1 / टी 2) - (1 / टी 1)) = (Δ एच_भाप/ आर)
- आर × (एलएन (पी 1 / पी 2)) / ((1 / टी 2) - (1 / टी 1)) = Δ एच_भाप
अब, मान दर्ज करें:
- 8.314 जे / (के × मोल) × (-1.7 9) / (- 0.00059) = Δ एच_भाप
- 8.314 जे / (के × मोल) × 3.033.90 = Δ एच_भाप = 25.223,83 जम्मू / मोल

वाष्प का उत्पादन करते समय विलेय के वाष्प के दबाव को ध्यान में रखें। ऊपर Raoult के कानून के हमारे उदाहरण में, नमक (चीनी) सामान्य तापमान पर अपने आप पर किसी भी स्टीम का उत्पादन नहीं करता है (लगता है - जब आप रसोई की मेज पर चीनी का एक कटोरा लुप्त हो गया?)। हालांकि, जब घोलन वास्तव में वाष्पीकरण, यह आपके वाष्प दबाव को प्रभावित करेगा। राउल्ट के कानून समीकरण के संशोधित संस्करण का उपयोग करते समय हम इसे ध्यान में रखेंगे: पी_{समाधान} = Σ (पी_अंग एक्स एक्स_अंग). सिग्मा (Σ) का अर्थ है कि हमें जवाब देने के लिए विभिन्न घटकों के सभी वाष्प दबावों को जोड़ना होगा।

उदाहरण के लिए, मान लें कि हमारे पास दो रासायनिक पदार्थों से मिलकर समाधान है: बेंजीन और टोल्यूनि समाधान की कुल मात्रा 120 मिलीलीटर (एमएल) के बराबर है: 60 मिलीलीटर बेंजीन और 60 मिलीलीटर टोल्यूनि की। समाधान का तापमान 25 ओईसी है, और 25 ओसी में इन पदार्थों में से प्रत्येक का वाष्प दबाव बेंजीन के 95.1 मिमी एचजी और टोल्यूनि के लिए 28.4 मिमी एचजी के बराबर है। । इन मूल्यों को देखते हुए, समाधान के वाष्प के दबाव का पता लगाएं। हम इस प्रश्न को निम्नानुसार हल कर सकते हैं, घनत्व के मानक मूल्यों, दाढ़ द्रव्यमान और दो पदार्थों के सापेक्ष वाष्प दबाव का उपयोग कर:
- मास (बेंजीन): 60 मिली = 0.060 एल × 876.5 किलो / 1000 एल = 0.053 किलो = 53 ग्राम.
- मास (टोल्यूनि): 0.060 l × 866.9 किग्रा / 1000 l = 0.052 किलो = 52 ग्राम.
- मॉल (बेंजीन): 53 ग्राम × 1 मॉल / 78.11 ग्राम = 0.679 mol।
- तिल (टोल्यूनि): 52 ग्राम × 1 मॉल / 92.14 ग्राम = 0.564 मोल
- कुल मॉल: 0.679 + 0.564 = 1.243
- मोलर अंश (बेंजीन): 0.679 / 1.243 = 0.546
- मोलर अंश (टोल्यूनि): 0.564 / 1.243 = 0.454
संकल्प: पी_{समाधान} = पी_{बेंजीन} एक्स एक्स_{बेंजीन} + पी_{टोल्यूनि} एक्स 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.

युक्तियाँ

ऊपर क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण का उपयोग करने के लिए, तापमान को केल्विन (कश्मीर में व्यक्त) में मापा जाना चाहिए। यदि आपके पास डिग्री सेंटीग्रेड में तापमान है, तो आपको उसे निम्न सूत्र के साथ बदलने की जरूरत है: टी_{कश्मीर} = 273 + टी_सी.
उपर्युक्त विधियां काम करती हैं क्योंकि ऊर्जा गर्मी की मात्रा के सीधे आनुपातिक होती है। तरल का तापमान एकमात्र पर्यावरणीय कारक है जिस पर वाष्प का दबाव निर्भर करता है।

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