Clausius-Clapeyron denklemi, aynı maddenin iki halinin fazları arasındaki geçişi tanımlar. Bu, şekildeki faz diyagramında gösterildiği gibi, su ve farklı halleri arasındaki geçiş durumudur. Clausius-Clapeyron denklemi, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak buhar basıncını belirlemek veya ayrıca iki farklı sıcaklıkta verilen buhar basınçlarını içeren faz geçiş ısısını hesaplamak için kullanılabilir. Buhar basıncı ve sıcaklığın genellikle doğrusal bir ilişkisi yoktur; Su durumunda, buhar basıncı sıcaklıktan daha hızlı artar. Clausius-Clapeyron denklemi, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak buhar basıncının değişimini temsil eden eğrinin her noktasındaki teğet doğrunun eğimini hesaplamamızı sağlar.
Rudolf Clausius ve Benoit Emile Clapeyron tarafından önerilen denklemin bir uygulamasını görelim. 1-propanolün buhar basıncı 14,7 °C’de 10 torr ve 1-propanolün buharlaşma ısısı = 47,2 kJ/mol; 52.8°C’de buhar basıncı nedir?
Clausius-Clapeyron denkleminin ifadesi aşağıdaki gibidir
ln[P T1,buhar / P T2,buhar ] = (ΔH buhar / R)[1/T 2 – 1/T 1 ]
Bu denklem, 1 ve 2 olmak üzere iki durumdaki buhar basınçlarını ve sıcaklığı ve buharlaşma entalpisi ΔH vap ile ifade edilen buharlaşma ısısını ilişkilendirir . Problemimizde, durum 1, sıcaklık T 1 = 14,7 °C ve buhar basıncı P T1,vap = 10 torr’a karşılık gelirken, durum 2, sıcaklık T 2 = 52,8 °C olacak , basınç P T2,vap olacaktır. belirlemek istediğimiz değer. R, ideal gaz sabitidir; R = 0,008314 kJ/K mol.
Clausius-Clapeyron denkleminde, sıcaklık Kelvin ölçeğindeki değerlerle ifade edilir, bu nedenle ilk adım, sıcaklıkları Celsius derece problemimizden Kelvin ölçeğine dönüştürmektir. Bunu yapmak için 273,15’e eklemeli ve ardından T 1 = 287,85 K ve T2 = 325,95 K yapmalıyız.
Şimdi sorunumuzdaki değerleri Clausius-Clapeyron denklemine yerleştirebiliriz.
ln[10 / P T2,buhar ] = (47,2 / 0,008314)[1/325,95 – 1/287,85]
Eşitliğin sağ tarafında belirtilen işlemleri yaparsak,
ln[10 / P T2,buhar ] = -2,305
Logaritmadan etkilenen P T2,vap değerini izole etmek için, eşitliğin her iki tarafına da antilogaritmayı uygularız veya eşdeğer olan, eşitliğin her iki teriminin kuvvetini e ( 2.718 ) sayısına uygularız. ) ve aşağıdaki eşitlik elde edilir:
10 / P T2, buhar = 0,09972
Eşitliğin her iki tarafının ters değeri hesaplanıp 10 değeri geçildiğinde şu elde edilir:
P T2, buhar = 100.3
Bu nedenle, 1-propanolün 52,8 °C’deki buhar basıncı 100,3 torr’dur.
kaynaklar
Goldberg, David. Kimyada 3000 Çözülmüş problem . McGraw-Hill Eğitimi 2011.
Haynes, William. CRC Kimya ve Fizik El Kitabı . CRC Basın Kitabı, 2012.
