Ecuația Clausius-Clapeyron descrie tranziția dintre fazele a două stări ale materiei aceleiași substanțe. Acesta este cazul apei și al tranzițiilor dintre diferitele sale stări, așa cum se arată în diagrama de fază din figură. Ecuația Clausius-Clapeyron poate fi utilizată pentru a determina presiunea vaporilor în funcție de temperatură sau, de asemenea, pentru a calcula căldura de tranziție de fază, care implică presiuni de vapori date la două temperaturi diferite. Presiunea vaporilor și temperatura nu au de obicei o relație liniară; În cazul apei, presiunea vaporilor crește mai repede decât temperatura. Ecuația Clausius-Clapeyron ne permite să calculăm panta dreptei tangente în fiecare punct al curbei care reprezintă variația presiunii vaporilor în funcție de temperatură.
Să vedem o aplicare a ecuației propuse de Rudolf Clausius și Benoit Emile Clapeyron. Presiunea de vapori a 1-propanolului este de 10 torr la 14,7 °C, iar căldura de vaporizare a 1-propanolului = 47,2 kJ/mol; care este presiunea vaporilor la 52,8°C?
Expresia ecuației Clausius-Clapeyron este următoarea
ln[P T1,vap / P T2,vap ] = (ΔH vap / R)[1/T 2 – 1/T 1 ]
Această ecuație leagă presiunile de vapori și temperatura în două stări, 1 și 2, și căldura de vaporizare, exprimată prin entalpia de vaporizare ΔH vap . În problema noastră, starea 1 va corespunde temperaturii T 1 = 14,7 °C și presiunii vaporilor P T1,vap = 10 torr, în timp ce starea 2 va fi cea cu temperatura T 2 = 52,8 °C, fiind presiunea P T2,vap. valoarea pe care vrem să o stabilim. R este constanta gazului ideal; R = 0,008314 kJ/K mol.
În ecuația Clausius-Clapeyron, temperatura este exprimată în valori ale scării Kelvin, deci primul pas este să convertim temperaturile din problema noastră de grade Celsius la scara Kelvin. Pentru a face acest lucru, trebuie să adăugăm la 273,15, apoi T 1 = 287,85 K și T2 = 325,95 K
Acum putem conecta valorile din problema noastră în ecuația Clausius-Clapeyron.
ln[10 / P T2,vap ] = (47,2 / 0,008314)[1/325,95 – 1/287,85]
Dacă efectuăm operațiile indicate în termenul din dreapta al egalității, obținem
ln[10 / P T2,vap ] = -2.305
Pentru a izola valoarea lui P T2,vap care este afectată de logaritm, aplicăm antilogaritmul ambelor părți ale egalității, sau ceea ce este echivalent, aplicăm puterea ambilor termeni ai egalității numărului e (2,718) . ), și se obține următoarea egalitate:
10 / P T2,vap = 0,09972
Calculând valoarea inversă a ambelor părți ale egalității și trecând valoarea 10, se obține că
P T2,vap = 100,3
Prin urmare, presiunea de vapori a 1-propanolului la 52,8 °C este de 100,3 torr.
Surse
Goldberg, David. 3000 Probleme rezolvate la chimie . McGraw-Hill Education 2011.
Haynes, William. CRC Manual de chimie și fizică . Caiet de presă CRC, 2012.
