這個計算器能做什麼
克勞修斯–克拉佩龍方程式(Clausius–Clapeyron equation)描述純液體的蒸氣壓如何隨溫度變化。只要已知某溫度 \(T_1\) 下的蒸氣壓 \(P_1\)、汽化焓 \(\Delta H_{vap}\),以及一個目標溫度 \(T_2\),本工具就能算出該新溫度下的蒸氣壓 \(P_2\)。這是一條普世通用的物理化學關係式,適用於任何純物質,並不限於特定國家或地區的規範。
使用方式
先輸入一組你已經知道的參考點——以水為例,101.325 kPa 對應 373.15 K(在 1 atm 下沸騰)。接著以克耳文(K)輸入目標溫度 \(T_2\)(K = °C + 273.15),並以 kJ/mol 為單位輸入莫耳汽化焓 \(\Delta H_{vap}\)。計算器會自動將 \(\Delta H_{vap}\) 換算為 J/mol,套用氣體常數 \(R = 8.314\ \text{J/(mol}\cdot\text{K)}\),並以你輸入 \(P_1\) 時所用的相同壓力單位回傳 \(P_2\)。
公式解析
兩點式寫法為 $$\ln\!\left(\frac{P_2}{P_1}\right) = -\frac{\Delta H_{vap}}{R}\left(\frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1}\right).$$ 解出 \(P_2\) 後得到 $$P_2 = P_1 \cdot \exp\!\left[ -\frac{\Delta H_{vap}}{R}\left(\frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1}\right)\right].$$ 此模型假設 \(\Delta H_{vap}\) 在該溫度區間內維持定值,且蒸氣行為近似理想氣體,因此在溫度變化幅度不大的範圍內最為準確。
計算範例
水的 \(\Delta H_{vap} \approx 40.66\ \text{kJ/mol}\),在 373.15 K(101.325 kPa)下沸騰。當 \(T_2 = 363.15\ \text{K}\) 時:$$\frac{1}{363.15} - \frac{1}{373.15} = 0.0027537 - 0.0026799 = 7.379 \times 10^{-5}\ \text{K}^{-1}.$$ 接著 $$-\frac{40660}{8.3145} \times 7.379 \times 10^{-5} = -0.3609,$$ 於是 $$P_2 = 101.325 \cdot e^{-0.3609} \approx 70.6\ \text{kPa}$$——與約 90 °C 時的實測值相當接近。
常見問題
溫度一定要用克耳文嗎?是的。方程式使用的是絕對溫度;若以攝氏為單位,請加上 273.15 換算成克耳文。
算出來的 \(P_2\) 是什麼單位?就是你輸入 \(P_1\) 時所用的單位。由於壓力只以比值形式出現,單位會互相抵消。
為什麼結果只是近似值?因為它假設 \(\Delta H_{vap}\) 不隨溫度改變、且蒸氣為理想氣體。在溫度跨度很大或接近臨界點時,這些假設便不再成立。