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• Méthode 1 sur 3: Utilisation de l'équation Clapeyron-Clausius
• Méthode 2 sur 3: Calcul de la pression de vapeur dans les solutions
• Méthode 3 sur 3: Calcul de la pression de vapeur dans des cas particuliers
• Conseils

Avez-vous déjà laissé une bouteille d'eau pendant plusieurs heures sous le soleil brûlant et entendu un « sifflement » lorsque vous l'ouvrez ? Ce bruit est causé par la pression de la vapeur. En chimie, la pression de vapeur est la pression exercée par la vapeur d'un liquide qui s'évapore dans un récipient hermétiquement fermé. Pour trouver la pression de vapeur à une température donnée, utilisez l'équation de Clapeyron-Clausius : ln (P1 / P2) = (ΔH_vape/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)).

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Méthode 1 sur 3: Utilisation de l'équation Clapeyron-Clausius

1. 1 Notez l'équation de Clapeyron-Clausius qui est utilisée pour calculer la pression de vapeur à mesure qu'elle change au fil du temps. Cette formule peut être utilisée pour la plupart des problèmes physiques et chimiques. L'équation ressemble à ceci : ln (P1 / P2) = (ΔH_vape/ R) ((1 / T2) - (1 / T1)), où:
   • H_vape C'est l'enthalpie de vaporisation du liquide. Il peut généralement être trouvé dans un tableau dans les manuels de chimie.
   • R - constante de gaz égale à 8,314 J / (K × mol)
   • T1 est la température initiale (à laquelle la pression de vapeur est connue).
   • T2 est la température finale (à laquelle la pression de vapeur est inconnue).
   • P1 et P2 - pression de vapeur aux températures T1 et T2, respectivement.
2. 2 Substituez les valeurs des quantités qui vous sont données dans l'équation de Clapeyron-Clausius. La plupart des problèmes donnent deux valeurs de température et une valeur de pression, ou deux valeurs de pression et une valeur de température.
   • Par exemple, un récipient contient un liquide à une température de 295 K et sa pression de vapeur est de 1 atmosphère (1 atm). Trouvez la pression de vapeur à 393 K. Ici, on vous donne deux températures et une pression, vous pouvez donc trouver une pression différente en utilisant l'équation de Clapeyron-Clausius. En substituant les valeurs qui vous sont données dans la formule, vous obtenez : ln (1 / P2) = (ΔH_vape/ R) ((1/393) - (1/295)).
   • Veuillez noter que dans l'équation Clapeyron-Clausius, la température est toujours mesurée en kelvin et la pression dans n'importe quelle unité de mesure (mais elles doivent être les mêmes pour P1 et P2).
3. 3 Remplacez les constantes. L'équation de Clapeyron-Clausius contient deux constantes : R et ΔH_vape... R est toujours 8,314 J / (K × mol). Valeur H_vape (enthalpie de vaporisation) dépend de la substance dont vous cherchez la pression de vapeur ; cette constante peut généralement être trouvée dans un tableau dans les manuels de chimie ou sur des sites Web (par exemple, ici).
   • Dans notre exemple, disons qu'il y a de l'eau dans le récipient. H_vape l'eau est égale à 40,65 kJ/mol ou égale à 40650 J/mol.
   • Insérez les constantes dans la formule et obtenez : ln (1 / P2) = (40650/8314) ((1/393) - (1/295)).
4. 4 Résoudre l'équation à l'aide d'opérations algébriques.
   • Dans notre exemple, la variable inconnue est sous le signe du logarithme népérien (ln). Pour se débarrasser du logarithme népérien, convertissez les deux côtés de l'équation à la puissance de la constante mathématique "e". En d'autres termes, ln (x) = 2 → e = e → x = e.
   • Résolvez maintenant l'équation :
   • ln (1 / P2) = (40650 / 8,314) ((1/393) - (1/295))
   • ln (1 / P2) = (4889,34) (- 0,00084)
   • (1 / P2) = e
   • 1 / P2 = 0,0165
   • P2 = 0,0165 = 60,76 atm. Cela a du sens, car augmenter la température dans un récipient hermétiquement fermé de 100 degrés augmentera la vaporisation, ce qui augmentera considérablement la pression de vapeur.

Méthode 2 sur 3: Calcul de la pression de vapeur dans les solutions

1. 1 Écrivez la loi de Raoult. Dans la vraie vie, les liquides purs sont rares ; nous avons souvent affaire à des solutions. Une solution est obtenue en ajoutant une petite quantité d'un certain produit chimique appelé « soluté » à une plus grande quantité d'un autre produit chimique appelé « solvant ». Dans le cas des solutions, utilisez la loi de Raoult :P_Solution = P_solvantX_solvant, où:
   • P_Solution Est la pression de vapeur de la solution.
   • P_solvant Est la pression de vapeur du solvant.
   • X_solvant - la fraction molaire du solvant.
   • Si vous ne savez pas ce qu'est une fraction molaire, lisez la suite.
2. 2 Déterminez quelle substance sera le solvant et laquelle sera le soluté. Rappelez-vous qu'un soluté est une substance qui se dissout dans un solvant et qu'un solvant est une substance qui dissout un soluté.
   • Prenons l'exemple d'un sirop. Pour obtenir un sirop, une partie de sucre est dissoute dans une partie d'eau, donc le sucre est un soluté et l'eau est un solvant.
   • Notez que la formule chimique du saccharose (sucre commun) est C₁₂H₂₂O₁₁... Nous en aurons besoin à l'avenir.
3. 3 Trouvez la température de la solution, car elle affectera sa pression de vapeur. Plus la température est élevée, plus la pression de vapeur est élevée, car la vaporisation augmente avec l'augmentation de la température.
   • Dans notre exemple, disons que la température du sirop est de 298 K (environ 25°C).
4. 4 Trouvez la pression de vapeur du solvant. Les valeurs de pression de vapeur pour de nombreux produits chimiques courants sont données dans les manuels de chimie, mais elles sont généralement données à des températures de 25 ° C / 298 K ou à leurs points d'ébullition. Si dans le problème on vous donne de telles températures, utilisez les valeurs des ouvrages de référence; sinon, vous devez calculer la pression de vapeur à une température donnée de la substance.
   • Pour ce faire, utilisez l'équation de Clapeyron-Clausius, en substituant la pression de vapeur et la température de 298 K (25 ° C) au lieu de P1 et T1, respectivement.
   • Dans notre exemple, la température de la solution est de 25 ° C, utilisez donc la valeur des tableaux de référence - la pression de vapeur de l'eau à 25 ° C est de 23,8 mmHg.
5. 5 Trouvez la fraction molaire du solvant. Pour ce faire, trouvez le rapport entre le nombre de moles d'une substance et le nombre total de moles de toutes les substances dans la solution. En d'autres termes, la fraction molaire de chaque substance est (nombre de moles de la substance) / (le nombre total de moles de toutes les substances).
   • Disons que vous avez utilisé 1 litre d'eau et 1 litre de saccharose (sucre) pour faire un sirop. Dans ce cas, il est nécessaire de trouver le nombre de moles de chaque substance. Pour ce faire, vous devez trouver la masse de chaque substance, puis utiliser les masses molaires de ces substances pour obtenir des grains de beauté.
   • Poids de 1 litre d'eau = 1000 g
   • Poids de 1 litre de sucre = 1056,7 g
   • Mole (eau) : 1000 g × 1 mol / 18,015 g = 55,51 mol
   • Mole (saccharose) : 1056,7 g × 1 mol / 342,2965 g = 3,08 mol (notez que vous pouvez trouver la masse molaire du saccharose à partir de sa formule chimique C₁₂H₂₂O₁₁).
   • Nombre total de moles : 55,51 + 3,08 = 58,59 mol
   • Fraction molaire de l'eau : 55,51 / 58,59 = 0,947.
6. 6 Branchez maintenant les données et les valeurs trouvéesu200bu200b des quantités dans l'équation de Raoult donnée au début de cette section (P_Solution = P_solvantX_solvant).
   • Dans notre exemple :
   • P_Solution = (23,8 mmHg) (0,947)
   • P_Solution = 22,54 mmHg Art. Cela a du sens, car une petite quantité de sucre est dissoute dans une grande quantité d'eau (si mesurée en moles; leur quantité est la même en litres), donc la pression de vapeur diminuera légèrement.

Méthode 3 sur 3: Calcul de la pression de vapeur dans des cas particuliers

1. 1 Définition des conditions standard. Souvent en chimie, les valeurs de température et de pression sont utilisées comme une sorte de valeur "par défaut". Ces valeurs sont appelées température et pression standard (ou conditions standard). Dans les problèmes de pression de vapeur, les conditions standard sont souvent mentionnées, il est donc préférable de se souvenir des valeurs standard :
   • Température : 273,15 K / 0˚C / 32 F
   • Pression : 760 mmHg / 1 atm / 101,325 kPa
2. 2 Réécrivez l'équation de Clapeyron-Clausius pour trouver d'autres variables. La première section de cet article a montré comment calculer les pressions de vapeur de substances pures. Cependant, tous les problèmes ne nécessitent pas de trouver la pression P1 ou P2 ; dans de nombreux problèmes, il est nécessaire de calculer la température ou la valeur de ΔH_vape... Dans de tels cas, réécrivez l'équation de Clapeyron-Clausius en isolant l'inconnue d'un côté de l'équation.
   • Par exemple, étant donné un liquide inconnu dont la tension de vapeur est de 25 Torr à 273 K et de 150 Torr à 325 K. Il faut trouver l'enthalpie de vaporisation de ce liquide (c'est-à-dire ΔH_vape). La solution à ce problème :
   • ln (P1 / P2) = (ΔH_vape/ R) ((1 / T2) - (1 / T1))
   • (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = (ΔH_vape/ R)
   • R × (ln (P1 / P2)) / ((1 / T2) - (1 / T1)) = H_vape Maintenant, remplacez les valeurs données pour vous :
   • 8,314 J / (K × mol) × (-1,79) / (- 0,00059) = H_vape
   • 8,314 J / (K × mol) × 3033,90 = ΔH_vape = 25223,83 J/mol
3. 3 Considérez la pression de vapeur du perméat. Dans notre exemple de la deuxième section de cet article, le soluté - le sucre - ne s'évapore pas, mais si le soluté produit de la vapeur (s'évapore), la pression de vapeur doit être prise en compte. Pour ce faire, utilisez une forme modifiée de l'équation de Raoult : P_Solution = (P_substanceX_substance), où le symbole (sigma) signifie qu'il est nécessaire d'ajouter les valeurs des pressions de vapeur de toutes les substances qui composent la solution.
   • Par exemple, considérons une solution composée de deux produits chimiques : le benzène et le toluène. Le volume total de la solution est de 120 millilitres (ml); 60 ml de benzène et 60 ml de toluène.La température de la solution est de 25 °C et la pression de vapeur à 25 °C est de 95,1 mm Hg. pour le benzène et 28,4 mm Hg. pour le toluène. Il est nécessaire de calculer la pression de vapeur de la solution. Nous pouvons le faire en utilisant les densités de substances, leurs poids moléculaires et leurs valeurs de pression de vapeur :
   • Poids (benzène) : 60 ml = 0,06 l × 876,50 kg / 1000 l = 0,053 kg = 53 g
   • Masse (toluène) : 0,06 L × 866,90 kg / 1000 L = 0,052 kg = 52 g
   • Mole (benzène) : 53 g × 1 mol / 78,11 g = 0,679 mol
   • Mole (toluène) : 52 g × 1 mol / 92,14 g = 0,564 mol
   • Nombre total de moles : 0,679 + 0,564 = 1,243
   • Fraction molaire (benzène) : 0,679 / 1,243 = 0,546
   • Fraction molaire (toluène): 0,564 / 1,243 = 0,454
   • Solution : P_Solution = P_benzèneX_benzène + P_toluèneX_toluène
   • P_Solution = (95,1 mmHg) (0,546) + (28,4 mmHg) (0,454)
   • P_Solution = 51,92 mmHg. Art. + 12.89 mmHg. Art. = 64,81 mmHg Art.

Conseils

• Pour utiliser l'équation de Clapeyron Clausius, la température doit être spécifiée en degrés Kelvin (notés K). Si votre température est donnée en Celsius, vous devez la convertir en utilisant la formule suivante : T_k = 273 + T_c
• La méthode ci-dessus fonctionne parce que l'énergie est directement proportionnelle à la quantité de chaleur. La température du liquide est le seul facteur environnemental qui affecte la pression de vapeur.