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液体を閉じた空間に入れると、その液体の表面の分子は、空間全体が蒸気で満たされるまで蒸発します。蒸発する液体によって生じる圧力は蒸気圧と呼ばれます。特定の温度での蒸気圧を知ることは重要です。蒸気圧は液体の沸点を決定し、可燃性ガスがいつ燃えるかに関係しているためです。あなたの場所にある液体の蒸気が健康に有害な場合、蒸気圧は、その液体が一定時間内にどれだけ気体になるか、したがって空気が呼吸に危険かどうかを判断するのに役立ちます。純粋な液体の蒸気圧を推定するために使用される2つの方程式は、クラウジウス-クラペイロン方程式とアントワーヌ方程式です。
Clausius-Clapeyronの方程式
温度計または熱電対を使用して液体の温度を測定します。この例では、いくつかのプラスチックの製造に使用される一般的な化学物質であるベンゼンをよく見てください。 40℃、または313.15ケルビンの温度でベンゼンを使用します。
データ表で液体の蒸発潜熱を見つけます。これは、特定の温度で液体から気体に移動するのに必要なエネルギー量です。この温度でのベンゼンの蒸発潜熱は35,030ジュール/モルです。
データテーブルで、または異なる温度で蒸気圧を測定する個別の実験から、液体のClausius-Clapeyron定数を見つけます。これは、方程式の導出に使用される計算を実行することから得られる単なる積分定数であり、各液体に固有です。蒸気圧定数は、多くの場合、水銀柱ミリメートルまたは水銀柱ミリメートルで測定される圧力を基準としています。ベンゼンの蒸気圧のmm単位の定数は18.69です。
Clausius-Clapeyronの式を使用して、蒸気圧の自然対数を計算します。 Clausius-Clapeyronの式では、蒸気圧の自然対数は、-1に気化熱、理想気体定数、液体の温度、液体に固有の定数を掛けたものに等しいと述べています。ベンゼンが313.15度ケルビンのこの例では、蒸気圧の自然対数は、-1に35,030を掛け、8.314で割って、313.15で割って、18.69と5.235になります。
5.235での指数関数を評価することにより、摂氏40度でのベンゼンの蒸気圧を計算します。これは、187.8 mm Hg、つまり25.03キロパスカルです。
アントワーヌ方程式
データテーブルで、摂氏40度でのベンゼンのアントワーヌ定数を求めます。これらの定数も各液体に固有であり、さまざまな温度で蒸気圧を測定するさまざまな実験の結果に対して非線形回帰手法を使用して計算されます。ベンゼンのmmのHgを基準とするこれらの定数は、6.90565、1211.033、および220.790です。
Antione方程式を使用して、蒸気圧の10を底とする対数を計算します。液体に固有の3つの定数を使用するアントワーヌの式は、蒸気圧の10 logが、最初の定数から2番目の定数の量を温度と3番目の定数の合計で割ったものに等しいことを示しています。ベンゼンの場合、これは6.90565マイナス1211.033を40と220.790の合計で割った値であり、これは2.262に相当します。
10を2.262のべき乗で計算して蒸気圧を計算します。これは182.8 mm Hg、つまり24.37キロパスカルに相当します。