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輸入計算

數學公式

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結果

T2 時的蒸氣壓(P2)
42,546.8
與 P1 相同的壓力單位
ln(P2/P1) -0.8677
氣體常數 R 8.314 J/(mol·K)

這個計算器的用途

蒸氣壓計算器採用雙點式克勞修斯–克拉佩龍方程式(Clausius-Clapeyron equation),在已知某溫度下的蒸氣壓與莫耳汽化焓的前提下,估算液體在目標溫度下的蒸氣壓。此工具廣泛應用於物理化學、化學工程,以及熱力學的課程學習中。

使用方式

請依序輸入:已知蒸氣壓 \(P_1\)(壓力單位可自由選擇,例如 Pa、atm 或 mmHg,前後一致即可)、量測 \(P_1\) 時的溫度 \(T_1\)(單位為克耳文 K)、目標溫度 \(T_2\)(同樣以克耳文 K 表示),以及汽化焓 \(\Delta H_{vap}\)(單位為焦耳/莫耳,J/mol)。計算結果 \(P_2\) 會以與 \(P_1\) 相同的壓力單位呈現。

公式解析

方程式為 $$\ln\!\left(\frac{P_2}{P_1}\right) = -\frac{\Delta H_{vap}}{R}\left(\frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1}\right)$$ 其中 \(R = 8.314\ \text{J/(mol}\cdot\text{K)}\)。解出 \(P_2\) 後可得 $$P_2 = P_1 \cdot e^{-\frac{\Delta H_{vap}}{R}\left(\frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1}\right)}$$ 此模型假設 \(\Delta H_{vap}\) 在該溫度區間內維持定值,且蒸氣表現符合理想氣體行為;在溫差不大的範圍內,這是相當良好的近似。

壓力的自然對數對溫度倒數的線性化圖,得到一條直線
以 \(\ln(P)\) 對 \(1/T\) 作圖可得一條直線,其斜率為 \(-\Delta H_{vap}/R\)。
顯示液體蒸氣壓隨溫度上升的曲線
如克勞修斯-克拉佩龍方程式所述,蒸氣壓隨溫度呈非線性增加。

實例演算

水在 \(T_1 = 373.15\ \text{K}\) 時 \(P_1 = 101325\ \text{Pa}\),\(\Delta H_{vap} = 40700\ \text{J/mol}\)。若要求 \(T_2 = 350\ \text{K}\) 時的蒸氣壓:$$\frac{1}{350} - \frac{1}{373.15} = 0.00285714 - 0.00267989 = 0.00017725$$ 再乘上 \(-(40700/8.314) = -4894.8\),得 \(\ln(P_2/P_1) = -0.86756\)。因此 $$P_2 = 101325 \cdot e^{-0.86756} \approx 42546\ \text{Pa}$$

常見問題

溫度該用什麼單位?務必使用克耳文(K),因為這個方程式必須以絕對溫度計算。

\(P_1\) 一定要用帕斯卡(Pa)嗎?不必。任何壓力單位都可以,由於方程式使用的是比值,\(P_2\) 會自動以相同單位輸出。

為什麼結果只是近似值?實際上 \(\Delta H_{vap}\) 會隨溫度略有變化,因此當溫度範圍跨度很大時,準確度會隨之下降。

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