3 Cara Menghitung Tekanan Uap

Daftar Isi:

3 Cara Menghitung Tekanan Uap
3 Cara Menghitung Tekanan Uap

Video: 3 Cara Menghitung Tekanan Uap

Video: 3 Cara Menghitung Tekanan Uap
Video: Cara Menggambar Bola Sepak 2024, Maret
Anonim

Pernahkah Anda meninggalkan sebotol air di bawah terik matahari selama beberapa jam, hanya untuk mendengar sedikit "peluit" ketika Anda membukanya lagi? Fenomena ini disebabkan oleh prinsip yang disebut tekanan uap. Dalam kimia, tekanan uap adalah tekanan yang diberikan pada dinding wadah tertutup ketika zat yang terkandung di dalamnya menguap menjadi gas. Untuk mencari tekanan uap pada suhu tertentu, gunakan persamaan Clausius-Clapeyron: ln(P1/P2) = (ΔHvap/R)((1/T2) - (1/T1)).

Langkah

Metode 1 dari 3: Menggunakan Persamaan Clausius-Clapeyron

Hitung Tekanan Uap Langkah 1
Hitung Tekanan Uap Langkah 1

Langkah 1. Tulis persamaan Clausius-Clapeyron

Rumus yang digunakan dalam menghitung tekanan uap, dengan adanya perubahan tertentu pada tekanan yang ada, disebut persamaan Clausius-Clapeyron (dinamai menurut fisikawan Rudolf Clausius dan Benoît Paul mile Clapeyron). Ini sering merupakan rumus yang diperlukan untuk menemukan masalah terkait tekanan uap paling umum yang ditemukan dalam buku teks fisika dan kimia. Ini ditulis sebagai berikut: ln(P1/P2) = (ΔHvap/R)((1/T2) - (1/T1)). Dalam rumus ini, variabel mengacu pada variabel berikut:

  • Hvap:

    entalpi penguapan cairan. Nilai ini biasanya dapat ditemukan pada tabel di sampul belakang buku kimia.

  • A:

    kandungan gas aktual, atau 8,314 J / (K × mol).

  • T1:

    suhu di mana tekanan uap diketahui (atau suhu awal).

  • T2:

    suhu di mana tekanan uap dapat ditemukan (atau suhu akhir).

  • P1 / P2:

    tekanan uap pada suhu T1 dan T2, masing-masing.

Hitung Tekanan Uap Langkah 2
Hitung Tekanan Uap Langkah 2

Langkah 2. Masukkan variabel yang diketahui

Persamaan Clausius-Clapeyron terlihat menantang mengingat banyaknya variabel yang berbeda, tetapi sebenarnya tidak sulit ketika informasi yang tepat tersedia. Masalah tekanan uap paling dasar akan memberikan dua nilai relatif terhadap suhu dan satu relatif terhadap tekanan, atau dua relatif terhadap tekanan dan satu relatif terhadap suhu - begitu ada, pemecahan masalah akan mudah.

  • Sebagai contoh, katakanlah di depan kita ada sebuah wadah berisi cairan pada suhu 295 K, yang tekanan uapnya sama dengan 1 atm. Pertanyaannya adalah: Berapa tekanan uap pada suhu 393 K? Kami memiliki dua nilai untuk suhu dan satu untuk tekanan, sehingga kami dapat menyelesaikan masalah dengan persamaan Clausius-Clapeyron. Memasukkan variabel, kita akan memiliki: ln(1/P2) = (ΔHvap/R)((1/393) - (1/295))
  • Perhatikan bahwa dalam persamaan Clausius-Clapeyron perlu memasukkan nilai suhu dalam derajat Kelvin. Anda dapat menggunakan nilai tekanan apa pun asalkan berada dalam satuan yang sama di P1 dan P2.
Hitung Tekanan Uap Langkah 3
Hitung Tekanan Uap Langkah 3

Langkah 3. Masukkan konstanta

Persamaan Clausius-Clapeyron mengandung dua konstanta: R dan Hvap. R selalu sama dengan 8,314 J / (K × mol). Nilai Hvap (entalpi penguapan), bagaimanapun, tergantung pada zat yang tekanan uapnya sedang diperiksa. Seperti disebutkan sebelumnya, Anda dapat menemukan nilai untuk Hvap pada berbagai zat di sampul belakang buku kimia atau fisika, atau online (seperti di sini).

  • Dalam contoh kita, katakanlah cairan kita terdiri dari air murni cair. Jika kita melihat dalam tabel nilai Hvap, kita akan menemukan bahwa Hvap akan kira-kira sama dengan 40, 65 KJ / mol. Karena nilai H kita menggunakan joule, kita dapat mengonversi bilangan yang ditemukan menjadi 40.650 J/mol.
  • Dengan memasukkan konstanta ke dalam persamaan kita, kita akan mendapatkan: ln(1/P2) = (40.650/8, 314) ((1/393) - (1/295)).
Hitung Tekanan Uap Langkah 4
Hitung Tekanan Uap Langkah 4

Langkah 4. Selesaikan persamaan

Setelah Anda memasukkan semua variabel ke dalam persamaan kecuali variabel yang harus ditemukan, lanjutkan dengan menyelesaikannya sesuai dengan aturan aljabar umum.

  • Satu-satunya bagian yang sulit dari persamaan - ln(1/P2) = (40.650/8, 314) ((1/393) - (1/295)) - berurusan dengan logaritma natural (ln). Untuk membatalkannya, cukup gunakan kedua ruas persamaan sebagai eksponen untuk konstanta matematika e. Dengan kata lain: ln(x) = 2 → danln(x) = dan2 → x = dan2.
  • Sekarang, mari kita selesaikan persamaannya:

    • ln(1/P2) = (40.650/8, 314)((1/393) - (1/295))
    • ln(1/P2) = (4.889, 34)(-0, 00084)
    • (1/P2) = dan(-4, 107)
    • 1/P2 = 0,0165
    • P2 = 0,0165-1 = 60, 76 atm. Ini masuk akal - dalam wadah tertutup, meningkatkan suhu saat ini hampir 100 derajat (hingga hampir 20 derajat di atas titik didih air) akan menghasilkan sejumlah besar uap, yang secara signifikan meningkatkan tekanan internal.

Metode 2 dari 3: Menemukan Tekanan Uap dengan Larutan Terlarut

Hitung Tekanan Uap Langkah 5
Hitung Tekanan Uap Langkah 5

Langkah 1. Tulis Hukum Raoult

Dalam kehidupan nyata, sangat jarang bekerja dengan satu cairan murni - kita biasanya berurusan dengan cairan yang terdiri dari campuran zat yang berbeda. Beberapa yang paling umum dibuat dengan melarutkan sejumlah kecil bahan kimia tertentu yang disebut zat terlarut ke dalam sejumlah besar bahan kimia yang disebut pelarut, sehingga menciptakan larutan. Dalam kasus seperti itu, berguna untuk mengetahui persamaan yang disebut Hukum Raoult (setelah fisikawan François-Marie Raoult), yang terlihat seperti berikut: UNTUKlarutan =Ppelarut × Xpelarut. Dalam rumus ini, variabel mengacu pada:

  • UNTUKlarutan:

    tekanan uap seluruh larutan (semua bagian komponen digabungkan).

  • UNTUKpelarut:

    tekanan uap pelarut.

  • xpelarut:

    fraksi mol pelarut.

  • Jangan khawatir jika Anda tidak mengetahui istilah seperti "fraksi mol" - istilah tersebut akan dijelaskan pada langkah selanjutnya.
Hitung Tekanan Uap Langkah 6
Hitung Tekanan Uap Langkah 6

Langkah 2. Identifikasi pelarut dan zat terlarut dalam larutan

Sebelum menghitung tekanan uap cairan campuran, Anda perlu mengidentifikasi zat yang Anda kerjakan. Penting untuk diingat bahwa larutan terbentuk ketika zat terlarut dilarutkan dalam pelarut - bahan kimia terlarut selalu zat terlarut, dan bahan kimia yang larut selalu pelarut.

  • Kami akan bekerja melalui contoh sederhana untuk menggambarkan konsep yang akan dibahas. Sebagai contoh, katakanlah kita bertujuan untuk menemukan tekanan uap dari sirup biasa. Secara tradisional, zat ini terdiri dari sebagian gula yang dilarutkan dalam sebagian air, sehingga gula adalah zat terlarut dan air adalah pelarutnya.
  • Perhatikan bahwa rumus kimia untuk sukrosa (gula biasa) adalah C12H22HAI11. Ini akan menjadi penting segera.
Hitung Tekanan Uap Langkah 7
Hitung Tekanan Uap Langkah 7

Langkah 3. Cari tahu suhu larutan

Seperti yang terlihat pada bagian Clausius-Clapeyron di atas, suhu cairan akan mempengaruhi tekanan uapnya. Secara umum, semakin tinggi suhu, semakin besar tekanan uap - dengan meningkatnya suhu, lebih banyak cairan akan menguap, membentuk uap dan meningkatkan tekanan internal bejana.

Dalam contoh kita, katakanlah suhu sirup umum saat ini sama dengan 298K (sekitar 25°C).

Hitung Tekanan Uap Langkah 8
Hitung Tekanan Uap Langkah 8

Langkah 4. Cari tahu tekanan uap pelarut

Bahan acuan kimia umumnya menunjukkan nilai tekanan uap untuk sejumlah senyawa dan zat umum, tetapi umumnya akan disajikan pada suhu 25 °C (298 K) atau titik didihnya. Jika larutan berada pada salah satu suhu ini, Anda dapat menggunakan nilai referensi. Jika tidak, Anda perlu mengetahui tekanan uap pada suhu Anda saat ini.

  • Hubungan Clausius-Clapeyron dapat membantu pada titik ini - gunakan tekanan uap referensi dan 298 K (25 °C) untuk P1 dan T1, masing-masing.
  • Dalam contoh kita, campuran berada pada suhu 25 °C sehingga kita dapat menggunakan tabel referensi. Kami menemukan bahwa air pada 25 °C memiliki tekanan uap yang sama dengan 23, 8 mm Hg.
Hitung Tekanan Uap Langkah 9
Hitung Tekanan Uap Langkah 9

Langkah 5. Temukan fraksi mol pelarut

Hal terakhir yang harus dilakukan sebelum menyelesaikan persamaan adalah mencari tahu fraksi mol pelarut kita. Menemukan nilai ini mudah: cukup ubah komponen menjadi mol dan kemudian temukan persentase jumlah total mol dalam zat yang ditempati oleh setiap komponen. Dengan kata lain, setiap fraksi mol sama dengan: (mol komponen) / (jumlah mol dalam zat).

  • Katakanlah resep kami untuk penggunaan sirup umum 1 liter (l) air dan 1 liter (l) sukrosa (gula). Dalam hal ini, kita perlu mencari tahu jumlah mol yang sesuai untuk setiap zat. Untuk melakukan ini, perlu untuk menemukan massa masing-masing dan kemudian menggunakan massa molar mereka untuk mengubah nilai ini menjadi mol.

    • Massa 1 l air: 1.000 gram (g).
    • Massa 1 l gula biasa: sekitar 1.056, 7 g.
    • Mol air: 1.000 g × 1 mol / 18, 015 g = 55. 51 mol.
    • Mol sukrosa: 1056, 7 g × 1 mol / 342, 2965 g = 3,08 mol (perhatikan bahwa massa molar sukrosa dapat diturunkan dari rumus kimianya, C12H22HAI11).
    • Jumlah mol: 55, 51 + 3,08 = 58,59 mol.
    • Fraksi mol air: 55, 51 / 58, 59 = 0, 947.
Hitung Tekanan Uap Langkah 10
Hitung Tekanan Uap Langkah 10

Langkah 6. Selesaikan persamaan

Akhirnya, kami memiliki semua yang diperlukan untuk menyelesaikan persamaan Hukum Raoult. Bagian ini sangat mudah: cukup masukkan nilai relatif terhadap variabel dalam persamaan yang disederhanakan di awal bagian: UNTUKlarutan =Ppelarut × Xpelarut.

  • Mengganti nilai sekarang, kami memiliki:

    • UNTUKlarutan = (23,8 mm Hg) (0,947).
    • UNTUKlarutan = 22, 54 mm Hg. Ini masuk akal - secara molar, hanya ada sedikit gula yang dilarutkan dalam banyak air (meskipun, secara praktis, kedua bahan memiliki volume yang sama), sehingga tekanan uap akan sedikit berkurang.

Metode 3 dari 3: Menemukan Tekanan Uap dalam Kasus Khusus

Hitung Tekanan Uap Langkah 11
Hitung Tekanan Uap Langkah 11

Langkah 1. Waspadai Kondisi Suhu dan Tekanan Normal

Para ilmuwan sering menggunakan, untuk kenyamanan, seperangkat nilai "standar" untuk suhu dan tekanan. Mereka disebut Kondisi Suhu dan Tekanan Normal, atau CNTP. Masalah tekanan uap umumnya mengacu pada kondisi CNTP, dan sangat praktis untuk memiliki nilai-nilai ini selalu dalam memori. Nilai CNTP didefinisikan sebagai:

  • Suhu: 273, 15K / 0°C / 32°F.
  • Tekanan: 760 mm Hg / 1 atm / 101, 325 kPa.
Hitung Tekanan Uap Langkah 12
Hitung Tekanan Uap Langkah 12

Langkah 2. Susun ulang persamaan Clausius-Clapeyron untuk menemukan variabel lain

Dalam contoh kami, di Bagian 1, kami mengamati bahwa persamaan Clausius-Clapeyron cukup berguna untuk menentukan tekanan uap zat murni. Namun, tidak semua pertanyaan akan meminta Anda untuk menemukan nilai P1 atau P2 - banyak yang ingin Anda menemukan nilai suhu atau bahkan nilai Hvap. Untungnya, dalam kasus ini, untuk mendapatkan jawaban yang benar, cukup dengan mengatur ulang persamaan sehingga hanya menyisakan variabel yang harus diselesaikan di satu sisi persamaan.

  • Misalnya, kita memiliki cairan yang tidak diketahui dengan tekanan uap sama dengan 25 torr pada 273 K dan 150 torr pada 325 K, dan kita ingin mencari entalpi penguapan untuk cairan itu (ΔHvap). Kita bisa memecahkan masalah sebagai berikut:

    • ln(P1/P2) = (ΔHvap/R)((1/T2) - (1/T1))
    • (ln(P1/P2))/((1/T2) - (1/T1)) = (ΔHvap/R)
    • R × (ln(P1/P2))/((1/T2) - (1/T1)) = Hvap
  • Sekarang, kita masukkan nilai:

    • 8, 314 J/(K × Mol) × (-1, 79)/(-0, 00059) = Hvap
    • 8, 314 J/(K × Mol) × 3,033, 90 = Hvap = 25,223, 83 J/mol
Hitung Tekanan Uap Langkah 13
Hitung Tekanan Uap Langkah 13

Langkah 3. Memperhitungkan tekanan uap zat terlarut ketika menghasilkan uap

Dalam contoh Hukum Raoult di atas, zat terlarut (gula) tidak menghasilkan uap dengan sendirinya pada suhu normal (pikirkan - kapan Anda melihat semangkuk gula menguap di atas meja dapur?). Namun, ketika zat terlarut menguap, itu akan mempengaruhi tekanan uapnya. Kami akan mempertimbangkan ini ketika menggunakan versi modifikasi dari persamaan Hukum Raoult: UNTUKlarutan = (Pkomponen × Xkomponen). Sigma (Σ) berarti bahwa kita perlu menjumlahkan semua tekanan uap dari komponen yang berbeda untuk sampai pada jawabannya.

  • Sebagai contoh, katakanlah Anda memiliki larutan yang terdiri dari dua bahan kimia: benzena dan toluena. Total volume larutan sama dengan 120 mililiter (ml): 60 ml benzena dan 60 ml toluena. Suhu larutan sama dengan 25 °C, dan tekanan uap masing-masing zat ini, pada 25 °C, sama dengan 95,1 mm Hg untuk benzena dan 28,4 mm Hg untuk toluena. Mengingat nilai-nilai ini, cari tahu tekanan uap larutan. Kita dapat menyelesaikan pertanyaan sebagai berikut, menggunakan nilai standar kerapatan, massa molar, dan tekanan uap relatif terhadap kedua zat:

    • Massa (benzena): 60 ml = 0,060 l × 876, 5 kg / 1.000 l = 0,053 kg = 53 g.
    • Massa (toluena): 0,060 l × 866, 9 kg / 1.000 l = 0,052 kg = 52 g.
    • Mol (benzena): 53 g × 1 mol / 78, 11 g = 0,679 mol.
    • Mol (toluena): 52 g × 1 mol / 92, 14 g = 0,564 mol.
    • Jumlah mol: 0,679 + 0,564 = 1,243.
    • Fraksi molar (benzena): 0,679/1.243 = 0,546.
    • Fraksi molar (toluena): 0,564/1, 243 = 0,454.
  • Selesaikan: Plarutan =Pbenzena × Xbenzena + Ptoluena × Xtoluena.

    • UNTUKlarutan = (95,1 mm Hg) (0,546) + (28,4 mm Hg) (0,544).
    • UNTUKlarutan = 51,92 mm Hg + 12,89 mm Hg = 64, 81 mm Hg.

Tips

  • Untuk menggunakan persamaan Clausius-Clapeyron di atas, suhu harus diukur dalam derajat Kelvin (dinyatakan dalam K). Jika Anda memiliki suhu dalam derajat celcius, Anda perlu mengubahnya dengan rumus berikut: TK = 273 + TC.
  • Metode di atas bekerja karena energi berbanding lurus dengan jumlah panas yang dikirim. Suhu cairan adalah satu-satunya faktor lingkungan di mana tekanan uap bergantung.

Direkomendasikan: