Kuidas arvutada aururõhku

Kui olete vees, mis hakkab keema, ei ole teie kõrge ohutusprobleem tõenäoliselt vee kõrge temperatuuri ja välja voolava auru tõttu kõrvetatud. Kuid võib-olla olete märganud auru kohta midagi muud või mis tahes tüüpi ainet gaasi kujul: see ei meeldi, kui seda suletakse, ja ta "võitleb" sageli üsna jõuliselt, et pääseda. Plahvatavate aurukateldega seotud õnnetuste aruanded kuulevad seda ohtu.

Kui vesi või mõni muu vedelik keeb, on see füüsilises mõttes faasimuutus või oleku muutumine vedelast gaasiks. Teisisõnu öeldes auru rõhk vedelikust on hakanud ületama selle kohal oleva gaasi oma, tavaliselt Maa atmosfääri. ("Aur" on lahtine termin, mis tähendab gaasi, nt "veeaur" on H₂O gaasilises olekus.)

Tahke aine võib siseneda ka otse gaasilisse olekusse, "mööda minnes" vedelast olekust protsessis, mida nimetatakse sublimatsioon. Sel juhul on faaside ülemineku põhjus sama: Tahkistel on oma aururõhk ja teatud tingimustel võib selle rõhu väärtus ületada atmosfäärirõhku. Kuid sagedamini muutuvad tahked ained vedelaks.

Maal eksisteerib looduslikes tingimustes aine ühes kolmest olekust: tahke, vedel või gaasiline. Mis tahes ühe aine puhul tähistavad need faasid aine molekulide keskmise kineetilise energia järjestikust suurenemist, mis peegeldub temperatuuri tõusus. Mõned ained esinevad toatemperatuuril gaasidena, teised aga on vedelikud ja kolmandad tahked ained; see tuleneb sellest, et mõned molekulid eralduvad aine sees antud soojusenergia (soojus) abil kergemini.

Iga element ja molekul eksisteerib tahke ainena 0 K või absoluutse nulli (umbes –273 ° C) juures. Aine struktuur väga madalatel temperatuuridel on tahke kristallvõre. Temperatuuri tõustes suudavad molekulid, mis on tõhusalt oma kohale lukustatud, piisavalt vibreerida energiat võrest vabanemiseks ja kui see juhtub kogu aine ulatuses, on aine vedelikus riik.

Vedelas olekus omandab aine oma anuma kuju, kuid raskuspiirides. Kui kineetiline energia suureneb veelgi, hakkavad molekulid põgenema õhu ja vedeliku liides ja siseneda gaasilisse olekusse, kus ainus, mis gaasi kuju piirab, on mahukas, mis piirab suure energiaga molekulide liikumist.

Toatemperatuuril veekannu jälgides ei pruugi see ilmne olla, kuid mõned veemolekulid lendlevad umbes veepinna kohal, kusjuures võrdne (ja väga väike) arv naaseb samal ajal veefaasi aeg. Seetõttu on süsteem tasakaalus ja aururõhk, mis tekib H minimaalsest väljumisest₂O molekulid on vee aururõhk.

Nagu näete, on erinevatel vedelas olekus aururõhu P iseloomulikud tasemed erinevad_aur toatemperatuuril, see väärtus sõltub vedelikus olevate molekulide vaheliste molekulidevaheliste jõudude olemusest. Näiteks ainete, millel on nõrgemad molekulidevahelised jõud, näiteks vesiniksidemed, tasakaal P on kõrgem_aur kuna molekulidel on kergem vedelikust vabaneda.

Kui tasakaalu tingimused on soojuse lisamise tõttu häiritud, tõuseb vedeliku aururõhk atmosfäärirõhu suunas (101,3 kilopascali, 1 atm või 762 torr). Kui aururõhu väärtus ei sõltuks temperatuurist, oleks raske vedelikke (või tahkeid aineid) keema või aurustuma panna, eriti neid, millel on kõrge omane aururõhu väärtus.

Kui vedelikule on lisatud piisavalt soojust, et viia selle aururõhk atmosfäärirõhu tasemele, hakkab vedelik keema. Kui palju soojust tuleb lisada, sõltub aine omadustest. Aga mis siis, kui aine pole puhas vesi, vaid hoopis lahus, milles tahke aine lahustatakse sellises vedelikus nagu vesi?

Soluudi lisamine mõjutab tavaliselt vedeliku paljusid parameetreid, sealhulgas selle keemis- ja sulamispunkte (st külmumispunkte). Parameetreid, mida lahustunud aine kontsentratsioon mõjutab, nimetatakse kolligatiivseteks ("ühendusega seotud") omadusteks. Aururõhku alandatakse lahustunud aine lisamisega ja selle esinemise ulatus sõltub lisatud aine kogusest ning lõppkokkuvõttes soluudi ja lahusti molaarsest suhtest.

• Mida teeb aururõhu langetamine lahuse keemistemperatuurini? Matemaatikale mõeldes tähendab see, et vedelikul on siis suurem vahe oma aururõhu ja atmosfäärirõhu vahel ning selle keemiseni on vaja lisada rohkem soojust. Selle keemistemperatuuri suurendatakse seetõttu mõnevõrra.

Nendes olukordades pakutav huvi võrrand, mida näete allpool, on selle nn vorm Raoulti seadus: P_kokku= ∑P_iX_i. Siin P_kokku on kogu lahuse aururõhk ja parem pool tähistab üksikute aururõhkude korrutiste summat ja moolifraktsioonid lahustunud aine ja lahusti.

Kuna vesi on üldlevinud vedelik ja lahusti, tasub selle aururõhuvõrrandi määravaid tegureid lähemalt uurida.

Vees on P_aur 0,031 atm või vähem kui 1/30 atmosfäärirõhust. See aitab seletada selle suhteliselt kõrge keemistemperatuuri nii lihtsa molekuli jaoks; seda madalat väärtust seletatakse omakorda vesiniksidemetega hapniku aatomite ja külgnevate molekulide vesiniku aatomite vahel (need on molekulidevahelised jõud, mitte tõelised keemilised sidemed).

Toatemperatuurilt (umbes 25 ° C) kuni 60 ° C kuumutamisel tõuseb vee aururõhk vaid veidi. Seejärel hakkab see järsemalt tõusma, enne kui saavutab väärtuse 1 atm 100 ° C juures (definitsiooni järgi).

Nüüd on teil aeg näha Raoult'i seadust toimimas. Neile probleemidele lähenedes teadke, et saate alati leida P väärtused_aur konkreetsete ainete puhul.

Lahus sisaldab 1 mooli (mol) H segu₂O, 2 mol etanooli (C₂H₅OH) ja 1 mol atsetaldehüüdi (CH₃CHO) temperatuuril 293 K. Kui suur on selle lahuse kogu aururõhk? Märge: Nende ainete osaline rõhk toatemperatuuril on vastavalt 18 torr, 67,5 torr ja 740 torr.

Kõigepealt seadistage oma võrrand. Ülevalt, teil on

P_kokku = P_vattX_vatt + P_etX_et + P_ässX_äss

Vastavate ainete moolifraktsioonid jagatakse nende moolide arv lahuses oleva aine kogu mooliga, mis on 1 + 2 + 1 = 4. Seega on teil X_vatt = 1/4 - 0,25, X_et = 2/4 = 0,5 ja X_äss = 1/4 = 0.25. (Pange tähele, et moolimurdude summa peab alati olema täpselt 1.) Nüüd olete valmis antud pistiku ühendama väärtused individuaalsetele aururõhkudele ja lahuse segu kogu aururõhule lahendused:

P_kokku = (0,25) (18 torr) + (0,5) (67,5 torr) + (0,25) (740 torr) = 223,25 torr.