Công cụ này dùng để làm gì
Phương trình Clausius–Clapeyron mô tả cách áp suất hơi của một chất lỏng nguyên chất thay đổi theo nhiệt độ. Khi đã biết áp suất hơi P1 tại nhiệt độ T1, enthalpy hóa hơi ΔHhóa hơi và một nhiệt độ mục tiêu T2, công cụ sẽ tính ra áp suất hơi P2 tại nhiệt độ mới đó. Đây là một quy luật vật lý – hóa học mang tính phổ quát, áp dụng cho mọi chất nguyên chất chứ không gắn với bất kỳ quốc gia hay quy định cụ thể nào.
Cách sử dụng
Hãy nhập một điểm tham chiếu mà bạn đã biết — ví dụ với nước là 101,325 kPa ở 373,15 K (điểm sôi tại 1 atm). Nhập nhiệt độ mục tiêu T2 theo đơn vị kelvin (K = °C + 273,15) và enthalpy hóa hơi mol ΔHhóa hơi theo kJ/mol. Máy tính sẽ quy đổi ΔHhóa hơi sang J/mol, dùng hằng số khí \(R = 8{,}314\ \text{J/(mol}\cdot\text{K)}\) và trả về P2 với cùng đơn vị áp suất mà bạn đã dùng cho P1.
Giải thích công thức
Dạng hai điểm của phương trình là \(\ln(P_2/P_1) = -\frac{\Delta H_{vap}}{R}\left(\frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1}\right)\). Giải ra theo P2 ta được
$$P_2 = \text{P}_1 \cdot \exp\!\left[ -\frac{1000 \cdot \Delta H_{vap}}{R}\left(\frac{1}{\text{T}_2} - \frac{1}{\text{T}_1}\right)\right]$$Mô hình giả định ΔHhóa hơi không đổi trong khoảng nhiệt độ đang xét và hơi xử sự như khí lý tưởng, vì vậy nó cho kết quả chính xác nhất khi khoảng nhiệt độ không quá rộng.
Ví dụ minh họa
Nước có ΔHhóa hơi ≈ 40,66 kJ/mol và sôi ở 373,15 K (101,325 kPa). Tại T2 = 363,15 K: \(\frac{1}{363{,}15} - \frac{1}{373{,}15} = 0{,}0027537 - 0{,}0026799 = 7{,}379\times10^{-5}\ \text{K}^{-1}\). Tiếp đó \(-\frac{40660}{8{,}3145}\times 7{,}379\times10^{-5} = -0{,}3609\), nên \(P_2 = 101{,}325\cdot e^{-0{,}3609} \approx 70{,}6\ \text{kPa}\) — khá sát với giá trị đo được quanh mức 90 °C.
Câu hỏi thường gặp
Nhiệt độ có bắt buộc phải tính theo kelvin không? Có. Phương trình sử dụng nhiệt độ tuyệt đối; muốn quy đổi từ Celsius bạn chỉ cần cộng thêm 273,15.
P2 cho ra theo đơn vị nào? Theo đúng đơn vị mà bạn nhập cho P1. Các áp suất chỉ xuất hiện dưới dạng tỉ số nên đơn vị tự triệt tiêu.
Vì sao kết quả chỉ là gần đúng? Vì phương trình giả định ΔHhóa hơi không phụ thuộc nhiệt độ và hơi là khí lý tưởng — những giả định này không còn đúng khi khoảng nhiệt độ quá rộng hoặc khi gần điểm tới hạn.
