Langkau ke kandungan
Sainsuntuk Semua
Kimia / Keadaan Jirim

Persamaan Clausius-Clapeyron: Bagaimana Tekanan Wap Berubah dengan Suhu

Istilah utama: persamaan Clausius-ClapeyronSebutan: per-sa-ma-an Clau-si-us Cla-pey-ronBahasa Inggeris: Clausius-Clapeyron equation

Persamaan Clausius-Clapeyron menghubungkan tekanan wap dengan suhu dan entalpi pengewapan, lalu perubahan tekanan wap boleh digunakan untuk menganggar bagaimana cecair bertindak apabila suhu berubah.

Cecair sentiasa mempunyai sebahagian yang cukup bertenaga untuk memasuki fasa wap. Apabila suhu meningkat, lebih banyak molekul boleh mengatasi tarikan dalam cecair, lalu keseimbangan meningkat. Hubungan ini sangat tidak linear apabila tekanan wap diplot terus terhadap suhu.

Bentuk bersepadu menghubungkan tekanan wap dan suhu

Bagi julat suhu yang pengewapannya boleh dianggap hampir malar dan wap menghampiri , persamaan boleh ditulis ln P = −ΔHvap/(RT) + C. Di sini P ialah tekanan wap, ΔHvap ialah entalpi molar , R ialah pemalar gas, T ialah dalam dan C ialah pemalar bagi bahan serta julat yang dipertimbangkan.

Bentuk dua titik membandingkan dua keadaan suhu

Jika tekanan wap diketahui pada satu suhu dan ΔHvap diketahui, tekanan pada suhu lain boleh dianggar dengan ln(P2/P1) = (ΔHvap/R)(1/T1 − 1/T2). Bentuk ini menghapuskan pemalar C dan berguna apabila membandingkan dua keadaan bagi bahan yang sama.

Nota Istilahentalpi pengewapan: Perubahan entalpi molar yang diperlukan untuk menukarkan cecair kepada wap pada tekanan yang berkaitan, biasanya positif bagi pengewapan.

Suhu lebih tinggi menghasilkan tekanan wap yang lebih besar

Apabila T2 lebih besar daripada T1, nilai 1/T2 lebih kecil daripada 1/T1. Maka bagi ΔHvap positif, ln(P2/P1) adalah positif dan P2 melebihi P1. Ini sepadan dengan pemerhatian bahawa tekanan wap meningkat apabila suhu meningkat.

Cerun graf memberi maklumat tentang tenaga yang diperlukan

Daripada bentuk ln P = −ΔHvap/(RT) + C, graf ln P melawan 1/T mempunyai cerun kira-kira −ΔHvap/R. Oleh itu data tekanan wap pada beberapa suhu boleh digunakan untuk menganggar ΔHvap daripada cerun, selagi andaian model cukup baik dalam julat tersebut.

Plot ln P melawan 1/T ialah garis lurus dengan kecerunan −ΔHvap/R. Suhu lebih tinggi (T₂ > T₁) memberi tekanan wap lebih besar (P₂ > P₁), dengan ΔHvap dianggap malar.

Persamaan boleh menganggar takat didih pada tekanan lain

Konsep dan kesan tekanan luar diterangkan dalam artikel tentang tekanan wap dan takat didih. Di sini kita menumpukan pada pengiraan: dengan menetapkan P2 kepada tekanan luar baharu, bentuk dua titik boleh menganggar takat didih T2. Air mendidih pada 373.15 K apabila tekanan 101.325 kPa, dan ΔHvap kira-kira 40.7 kJ/mol. Pada altitud kira-kira 3000 m, kira-kira 70 kPa, jadi ln(70/101.325) = (40 700/8.314)(1/373.15 − 1/T2). Ini memberikan T2 kira-kira 363 K, iaitu kira-kira 90 °C, dan nilai ini sepadan dengan nilai ukuran yang hampir sama. Hasil ini ialah anggaran model.

Persamaan ringkas mempunyai had penggunaan

sebenarnya boleh berubah dengan suhu, terutama merentasi julat luas atau berhampiran titik genting. Wap juga mungkin menyimpang daripada gas ideal, dan fasa cecair boleh menunjukkan ketidakidealan. Oleh itu bentuk bersepadu ringkas paling sesuai sebagai anggaran pada julat suhu yang munasabah.

Sejarah ringkas

Émile Clapeyron menerbitkan hubungan awal antara tekanan wap dan suhu pada 1834, dan Rudolf Clausius memperbaikinya secara pada 1850.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?

Uji KefahamanSoalan 1 daripada 3

Graf manakah yang dijangka hampir linear menurut bentuk bersepadu Clausius-Clapeyron?

Lihat Juga
Versi diterbitkan: