Back to chapter

11.9:

משוואת קלאוזיוס- קלפרון

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Clausius-Clapeyron Equation

Languages

Share

נזכיר שלחץ האדים של נוזל עולה עם עליית בטמפרטורה. אך תלות זו אינה ליניארית. לשם המחשה, לחץ האדים של מים בטמפרטורה של 50 מעלות צלזיוס עומד על 0.122 אטמוספרות, ואילו ב-100 מעלות צלזיוס על אטמוספרה אחת.לחץ האדים עולה בחדות כלפי מעלה עם עליית הטמפרטורה, בעקומה מעריכית. לשם השוואה, כשלוגריתם של לחץ אדים טבעי מותווה מול טמפרטורה הופכית, מתקבל קו ישר, שהמשוואה שלו נקראת משוואת קלאוזיוס-קלפרון. כאן R הוא קבוע הגזים האידיאלי;c, קבוע אופייני של הנוזל הוא נקודת החיתוך עם-y;והשיפוע של הישר שווה למינוס החום המולרי של האידוי חלקי קבוע הגז.המשוואה מאפשרת לחשב את החום המולרי של האידוי מתוך מדידות נסיוניות של לחצים וטמפרטורות אדים בשיווי משקל. לדוגמה, נניח שהלוגריתם הטבעי של לחץ אדי אתנול משורטט כפונקציה של אחד חלקי הטמפרטורה יוצר קו ישר עם שיפוע שלילי של מינוס 4, 638 קלווין. המשוואה עבור שיפוע הקו, יחד עם הערך של R, נותנים את החום המולרי של אידוי אתנול:38, 560 ג’ול למול.אם החום המולרי של אידוי נוזל כלשהו ולחץ האדים שלו באותה טמפרטורה, ידועים, צורת שתי הנקודות של המשוואה יכולה לשמש לחישוב לחץ האדים של הנוזל בטמפרטורה אחרת. כך בדוגמה של מים, שאנתלפיית ההתאדות שלהם היא 40.7 קילוג’ול למול. אם לחץ האדים של מים ב-373 קלווין הם אטמוספרה אחת, מה יהיה לחץ האדים שלהם ב-383 מעלות קלווין?כדי לפתור זאת, השתמשו בצורת שתי הנקודות של המשוואה והציבו את ערכי לחץ האדים, אנתלפיית האידוי, שתי הטמפרטורות וקבוע הגז כדי לגלות שלחץ האדים של מים ב-383 קלווין הוא 1.409 אטמוספרה. העלייה בלחץ האדים מ-373 קלווין ל-383 קלווין היא 0.409 אטמוספרות, מה שמעיד בבירור על כך שעלייה בלחץ האדים כפונקציה של טמפרטורה היא תהליך לא לינארי.

11.9:

משוואת קלאוזיוס- קלפרון

The equilibrium between a liquid and its vapor depends on the temperature of the system; a rise in temperature causes a corresponding rise in the vapor pressure of its liquid. The Clausius-Clapeyron equation gives the quantitative relation between a substance’s vapor pressure (P) and its temperature (T); it predicts the rate at which vapor pressure increases per unit increase in temperature.

Eq1

where ΔHvap is the enthalpy of vaporization for the liquid, R is the gas constant, and A is a constant whose value depends on the chemical identity of the substance. Temperature (T) must be in kelvin in this equation. However, since the relationship between vapor pressure and temperature is not linear, the equation is often rearranged into logarithmic form to yield the linear equation:

Eq2

For any liquid, if the enthalpy of vaporization and vapor pressure at a particular temperature is known, the Clausius-Clapeyron equation allows to determine the liquid’s vapor pressure at a different temperature. To do this, the linear equation may be expressed in a two-point format. If at temperature T1, the vapor pressure is P1, and at temperature T2, the vapor pressure is P2, the corresponding linear equations are:

Eq3

Since the constant, A, is the same, these two equations may be rearranged to isolate ln A and then set them equal to one another:

Eq4

which can be combined into:

Eq5

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 10.3: Phase Transitions.