蒸氣壓計算機
使用克勞修斯-克拉佩龍方程式,估算液體在另一溫度下的蒸氣壓。
溫度變化後的蒸氣壓
輸入一組已知的壓力與溫度,以及物質的莫耳汽化焓。
關於蒸氣壓
蒸氣壓是密閉系統中,在指定溫度下與液體達到平衡的蒸氣所產生的壓力。分子持續離開液面,也持續返回液面。當蒸發與凝結的速率相等時,蒸氣達到飽和,其壓力即為平衡蒸氣壓。升溫會提高具有足夠能量逸出的分子比例,因此蒸氣壓通常快速上升,而不是線性增加。
本計算機使用積分形式的克勞修斯-克拉佩龍方程式,將某一溫度下的已知蒸氣壓換算到另一溫度。此關係使用壓力比的自然對數、莫耳汽化焓、通用氣體常數,以及絕對溫度倒數之差。輸入的攝氏溫度會在內部轉換為克耳文;以千焦耳每莫耳輸入的焓會轉換為焦耳每莫耳,以配合氣體常數。輸出沿用已知壓力的單位,本介面使用千帕。
此方程式假設蒸氣近似理想氣體,液體的莫耳體積相對於蒸氣可忽略,且汽化焓在所選溫度區間內保持固定。在遠離臨界點且跨度適中的範圍內,這些假設通常合理。溫度跨度大、接近相變、壓力高,或分子締合與非理想行為顯著時,準確度會降低。若有適用於該物質與溫度範圍的可靠安東係數或經驗證的物性關聯式,可能得到更好的工程估算。
液體的蒸氣壓等於周圍壓力時就會沸騰。因此,本計算機可協助理解為何高海拔地區沸點較低、加壓設備內沸點較高,但不直接求解沸騰溫度。參考點與汽化焓應採用可信的實驗資料。請勿外推至物質會發生相變或分解的區域。用於製程設計、安全洩壓、環境暴露或法規計算時,應查閱權威物性資料,並採用有明確不確定度紀錄的狀態方程式或認可的關聯式。
蒸氣壓計算範例
每個估算均使用一個已知資料點,並將汽化焓視為常數。
| 已知資料與目標 | 預測壓力 | 用途 |
|---|---|---|
| 100 °C 時為 101.325 kPa;目標 80 °C;40.65 kJ/mol | 約 48 kPa | 小溫度區間內的水蒸氣壓估算。 |
| 25 °C 時為 3.17 kPa;目標 50 °C;40.7 kJ/mol | 約 11 kPa | 壓力隨溫度升高而明顯增加。 |
| 40 °C 時為 20 kPa;目標 20 °C;35 kJ/mol | 約 8 kPa | 冷卻會降低平衡蒸氣壓。 |
如何估算蒸氣壓
- 查找在已知溫度下量測的可靠蒸氣壓資料。
- 依介面顯示的單位輸入該壓力與溫度。
- 輸入目標溫度與莫耳汽化焓。
- 計算並確認溫度範圍符合方程式的假設。
常見問題
什麼是蒸氣壓?
蒸氣壓是在特定溫度下,與液體處於平衡的飽和蒸氣壓力。它是物質的性質之一,會隨溫度升高而增加。
為什麼要將溫度轉換為克耳文?
克勞修斯-克拉佩龍方程式使用絕對溫度的倒數。攝氏溫標的零點是人為訂定的,因此不能直接代入攝氏溫度。
可以使用其他壓力單位嗎?
數學上的壓力比允許兩個壓力使用任何一致的單位。本介面將已知值與結果都標為千帕,以避免單位混淆。
汽化焓真的固定不變嗎?
汽化焓會隨溫度改變,並在臨界點附近趨近於零。將其視為常數是一種近似,最適合有限的溫度區間。
蒸氣壓與沸騰有什麼關係?
蒸氣壓達到外界壓力時,液體開始沸騰。因此,周圍壓力較低時,液體能在較低溫度下沸騰。