Se si mette un liquido in uno spazio chiuso, le molecole dalla superficie di quel liquido evaporeranno fino a riempire l'intero spazio di vapore. La pressione creata dal liquido di evaporazione è chiamata la tensione di vapore. Conoscere la pressione del vapore a una temperatura specifica è importante perché la pressione del vapore determina il punto di ebollizione del liquido e si riferisce a quando un gas infiammabile brucerà. Se il vapore di un liquido nella tua posizione è pericoloso per la tua salute, la pressione del vapore ti aiuta a determinare quanto di quel liquido diventerà gas in un dato periodo di tempo, e quindi se l'aria sarà pericolosa per respirare. Le due equazioni utilizzate per stimare la tensione di vapore di un liquido puro sono l'equazione di Clausius-Clapeyron e l'equazione di Antoine.
L'equazione di Clausius-Clapeyron
Misurare la temperatura del liquido usando un termometro o termocoppia. In questo esempio vedremo il benzene, una sostanza chimica comune usata per produrre diverse materie plastiche. Useremo il benzene a una temperatura di 40 gradi Celsius o 313.15 Kelvin.
Trova il calore latente di vaporizzazione per il tuo liquido in una tabella dati. Questa è la quantità di energia necessaria per passare da un liquido a un gas a una temperatura specifica. Il calore latente di vaporizzazione del benzene a questa temperatura è di 35.030 Joule per mole.
Trova la costante di Clausius-Clapeyron per il tuo liquido in una tabella dati o da esperimenti separati che misurano la pressione del vapore a diverse temperature. Questa è solo una costante di integrazione che deriva dal calcolo usato per derivare l'equazione, ed è unica per ogni liquido. Le costanti di pressione del vapore sono spesso riferite alla pressione misurata in millimetri di Mercurio o mm di Hg. La costante per la pressione di vapore del benzene in mm di Hg è 18,69.
Utilizzare l'equazione di Clausius-Clapeyron per calcolare il log naturale della tensione di vapore. L'equazione di Clausius-Clapeyron dice che il log naturale della tensione di vapore è uguale a -1 moltiplicato per il calore di vaporizzazione, diviso per la costante del gas ideale, diviso per la temperatura del liquido, più una costante unica per il liquido.) Per questo esempio con benzene a 313,15 gradi Kelvin, il log naturale della tensione di vapore è -1 moltiplicato per 35.030, diviso per 8.314, diviso per 313.15, più 18.69, che equivale a 5.235.
Calcolare la tensione di vapore di benzene a 40 gradi Celsius valutando la funzione esponenziale a 5.235, che è 187.8 mm di Hg, o 25.03 kilopascal.
L'equazione di Antoine
Trova le costanti di Antoine per il benzene a 40 gradi Celsius in una tabella di dati. Queste costanti sono anche uniche per ciascun liquido e vengono calcolate utilizzando tecniche di regressione non lineare sui risultati di molti diversi esperimenti che misurano la pressione del vapore a diverse temperature. Queste costanti riferite a mm di Hg per benzene sono 6.90565, 1211.033 e 220.790.
Utilizzare l'equazione di Antione per calcolare il log di base 10 della tensione di vapore. L'equazione di Antoine, usando tre costanti uniche per il liquido, dice che il log di base 10 della pressione di vapore è uguale alla prima costante meno la quantità della seconda costante divisa per la somma di temperatura e la terza costante. Per il benzene, questo è 6.90565 meno 1211.033 diviso per la somma di 40 e 220.790, che equivale a 2.262.
Calcola la tensione di vapore aumentando 10 alla potenza di 2.262, che equivale a 182.8 mm di Hg o 24.37 chilopascal .
Suggerimento
Né il volume totale né altri gas nello stesso spazio, come l'aria, hanno un effetto sulla quantità di evaporazione e sulla conseguente tensione di vapore, quindi non influenzano la pressione del vapore calcolo.
La pressione del vapore di una miscela viene calcolata con la legge di Raoult, che aggiunge le pressioni di vapore delle singole componenti moltiplicate per la loro frazione molare.
Avviso
Il Clausius- Le equazioni di Clapeyron e Antoine forniscono solo stime della pressione del vapore a una temperatura specifica. Se si conosce l'esatta pressione di vapore richiesta per la propria applicazione, è necessario misurarla.
