Back to chapter

11.9:

معادلة كلاوزيوس-كلايبرون

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

لنتذكر أن ضغط البخار لسائل معين يزداد بازدياد درجة الحرارة. غير أن هذه التبعية لا تشكل علاقة خطية. للتوضيح،فإن ضغط البخار للماء عند درجة 50 مئوية يبلغ 0.122 جو،في حين عند درجة 100 مئوية يبلغ جو واحد.ضغط البخار يرتفع ارتفاعًا حادًا بازدياد درجات الحرارة،وينتج عن ذلك منحنى أسّي. وبالمقارنة،عندما يوضع اللوغاريثم الطبيعي لضغط البخار في منحنى مقابل درجة الحرارة المتبادلة،نحصل على خط مستقيم،وتسمى المعادلة معادلة كلاوزيوس كلابيرون. حيث ترمز R”إلى مستوى الغاز النموذجي الثابت،وتمثل C”التي هي صفة ثابتة للسائل،نقطة التقاطع مع محور Y،وانحدار الخط يساوي الجانب السالب للحرارة المولية للتبخّر مقابل مستوى الغاز الثابت.تتيح المعادلة حساب الحرارة المولية للتبخّر من القياسات التجريبية،لتوازن ضغوط البخار ودرجات الحرارة. على سبيل المثال،لنفترض أن اللوغاريثم الطبيعي لضغط البخار في الإيثانول،إذا ما وضع في مخطط بياني كدالّة على درجة الحرارة المتبادلة يعطي خطًا مستقيمًا بمنحنى سلبي مقداره 4638 كلفن. معادلة انحدار الخط،مع قيمة R”تعطي الحرارة المولية لتبخّر الإيثانول على انها 38560 جول لكل مول.إذا عُرفت الحرارة المولية لتبخّر أي سائل وكذلك ضغط البخار عند درجة حرارة واحدة،يمكن استخدام نموذج معادلة النقطتين،لحساب ضغط البخار للسائل عند درجات حرارة مختلفة. لنأخذ مثال الماء،الذي تبلغ حرارة تبخّره 40.7 كيلو جول لكل مول. إذا كان ضغط البخار للماء عند درجة 373 كلفن يساوي واحد جو،فكم سيكون ضغط البخار عند درجة 383 كلفن؟لحل السؤال،استخدموا الشكل الثنائي للمعادلة واستبدلوا القيم المعطاة لضغط البخار،وحرارة التبخّر،ودرجتي الحرارة،ومستوى الغاز الثابت،للحصول على ضغط البخار للماء عند درجة 383 كلفن وقيمته 1.409 جو.الزيادة التي طرأت على ضغط البخار من 373 كلفن إلى 383 كلفن تساوي 0.409 جو،وفي ذلك دلالة واضحة على أن زيادة ضغط البخار كدالّة على درجة الحرارة لا تشكل علاقة خطية.

11.9:

معادلة كلاوزيوس-كلايبرون

يعتمد التوازن بين السائل وبخاره على درجة حرارة النظام؛ يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى ارتفاع مماثل في ضغط بخار سائله. تعطي معادلة كلاوزيوس-كلابيرون العلاقة الكمية بين المادة’ s ضغط البخار (P) ودرجة حرارته (T)؛ فهو يتوقع معدل زيادة ضغط البخار لكل وحدة زيادة في درجة الحرارة.

Eq1

حيث يمثل ΔHvap المحتوى الحراري لتبخير السائل، و R هو ثابت الغاز، و A ثابت تعتمد قيمته على الهوية الكيميائية للمادة. يجب أن تكون درجة الحرارة (T) بوحدة كلفن في هذه المعادلة. ومع ذلك، نظرًا لأن العلاقة بين ضغط البخار ودرجة الحرارة ليست خطية، غالباً ما يتم إعادة ترتيب المعادلة في شكل لوغاريتمي للحصول على المعادلة الخطية:

Eq2

بالنسبة لأي سائل، إذا كان المحتوى الحراري للتبخر وضغط البخار عند درجة حرارة معينة معروفًا، فإن معادلة كلاوزيوس-كلابيرون تسمح بتحديد ضغط بخار السائل عند درجة حرارة مختلفة. للقيام بذلك، يمكن التعبير عن المعادلة الخطية بتنسيق من نقطتين. إذا كانت درجة الحرارة T1 ، يكون ضغط البخار P1، وعند درجة الحرارة T2، ضغط البخار هو P2، والمعادلات الخطية المقابلة هي:

Eq3

نظراً لأن الثابت A هو نفسه، يمكن إعادة ترتيب هاتين المعادلتين لعزل lnA ثم جعلهما متساويين:

Eq4

والتي يمكن دمجها في:

Eq5

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 10.3: Phase Transitions.