ការផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាល៖ ខ្សែកោងកម្តៅ សម្ពាធចំហាយ និងដ្យាក្រាមដំណាក់កាល

ហេតុអ្វីបានជាសីតុណ្ហភាពនៅថេរអំឡុងពេលរលាយ និងពុះ

កម្តៅដុំទឹកកកក្នុងអត្រាថេរ ហើយកត់ត្រាសីតុណ្ហភាពរបស់វា នោះអ្នកទទួលបានខ្សែកោងកម្តៅ។ សីតុណ្ហភាពកើនឡើង ឈប់នៅ 0 °C ខណៈទឹកកករលាយ កើនឡើងម្តងទៀត បន្ទាប់មកឈប់នៅ 100 °C ខណៈទឹកពុះ។ នៅលើផ្នែករាបស្មើ ថាមពលត្រូវបានប្រើដើម្បីញែកម៉ូលេគុលចេញពីគ្នាទល់នឹងកម្លាំងទាញអន្តរម៉ូលេគុល មិនមែនដើម្បីធ្វើឱ្យវាធ្វើចលនាលឿនជាងមុនទេ ដូច្នេះសីតុណ្ហភាពមិនផ្លាស់ប្តូររហូតដល់ការផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាលពេញលេញ។

ផ្នែកពីរប្រភេទនេះត្រូវការសមីការពីរផ្សេងគ្នា។ ក្នុងដំណាក់កាលតែមួយ q = m × c × ΔT ដែល c ជាកម្តៅជាក់លាក់។ អំឡុងពេលផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាលនៅសីតុណ្ហភាពថេរ q = n × ΔH ដែល ΔH ជាអង់ថាល់ពីម៉ូលនៃការរលាយ ឬចំហាយកម្ម។ ការរលាយ ចំហាយកម្ម និងស៊ុបលីមកម្មស្រូបកម្តៅ។ ការកក ការខាប់ និងការកកពីចំហាយ (ដេប៉ូស៊ីស្យុង) បញ្ចេញថាមពលបរិមាណដូចគ្នា ដូច្នេះតម្លៃ ΔH របស់វាមានសញ្ញាផ្ទុយ។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយ៖ ការកម្តៅទឹកកករហូតក្លាយជាចំហាយ

តើកម្តៅប៉ុន្មានដែលបម្លែងទឹកកក 40.0 g នៅ −15.0 °C ទៅជាចំហាយទឹកនៅ 100.0 °C? ទិន្នន័យ៖ កម្តៅជាក់លាក់ 2.093 J/(g·°C) សម្រាប់ទឹកកក និង 4.184 J/(g·°C) សម្រាប់ទឹករាវ (តារាង 5.1 នៃ OpenStax), ΔHfus = 6.01 kJ/mol នៅ 0 °C និង ΔHvap = 40.67 kJ/mol នៅ 100 °C (ផ្នែក 10.3 នៃ OpenStax)។ បរិមាណទឹកគឺ n = 40.0 g ÷ 18.015 g/mol = 2.220 mol។

ជំហានទី 1 កម្តៅទឹកកក៖ 40.0 × 2.093 × 15.0 = 1256 J ឬ 1.26 kJ។ ជំហានទី 2 រំលាយវា៖ 2.220 mol × 6.01 kJ/mol = 13.3 kJ។ ជំហានទី 3 កម្តៅទឹករាវពី 0 °C ដល់ 100 °C៖ 40.0 × 4.184 × 100.0 = 16 736 J ឬ 16.7 kJ។ ជំហានទី 4 ដាំវាឱ្យពុះ៖ 2.220 mol × 40.67 kJ/mol = 90.3 kJ។ សរុប៖ 1.26 + 13.3 + 16.7 + 90.3 = 122 kJ ជាបីខ្ទង់សំខាន់។

ការពុះមានប្រហែល 74 ភាគរយនៃចំនួនសរុប ច្រើនជាងប្រាំដងនៃកម្តៅដែលត្រូវការដើម្បីកម្តៅទឹករាវឆ្លងកាត់ 100 ដឺក្រេ។ ប្រើតម្លៃ ΔHvap នៅសីតុណ្ហភាពដែលការពុះកើតឡើង។ នៅ 25 °C ΔHvap របស់ទឹកគឺ 44.01 kJ/mol ហើយការប្រើលេខនោះនៅទីនេះនឹងធ្វើឱ្យជំហានទី 4 ធំជាងការពិតប្រហែល 8 ភាគរយ។

សម្ពាធចំហាយ និងសមីការក្លូស្យូស–ក្លាប៉េរ៉ុង

ក្នុងធុងបិទជិត អង្គធាតុរាវហួតរហូតដល់អត្រាខាប់ស្មើនឹងអត្រាហួត។ សម្ពាធនៃចំហាយនៅចំណុចនោះគឺជាសម្ពាធចំហាយ ហើយវាកើនឡើងយ៉ាងខ្លាំងតាមសីតុណ្ហភាព។ អង្គធាតុរាវពុះនៅពេលសម្ពាធចំហាយរបស់វាស្មើនឹងសម្ពាធខាងលើវា ដូច្នេះចំណុចពុះធម្មតាគឺជាសីតុណ្ហភាពដែលសម្ពាធចំហាយដល់ 1 atm។

ទម្រង់ពីរចំណុចនៃសមីការក្លូស្យូស–ក្លាប៉េរ៉ុង ភ្ជាប់សម្ពាធចំហាយពីរទៅនឹងអង់ថាល់ពីចំហាយកម្ម៖ ln(P₂/P₁) = (ΔHvap/R)(1/T₁ − 1/T₂) ដែល R = 8.314 J/(mol·K) និងសីតុណ្ហភាពគិតជាកែលវិន។ វាសន្មតថា ΔHvap ថេរក្នុងចន្លោះនោះ ដូច្នេះវាដំណើរការល្អបំផុតក្នុងចន្លោះសីតុណ្ហភាពមធ្យម។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយទី 1។ តារាង 9.2 នៃ OpenStax ផ្តល់សម្ពាធចំហាយទឹក 17.5 torr នៅ 20 °C និង 149.4 torr នៅ 60 °C។ ln(149.4/17.5) = 2.144 ហើយ 1/293.15 K − 1/333.15 K = 4.096 × 10⁻⁴ K⁻¹។ ΔHvap = (8.314 × 2.144) ÷ 4.096 × 10⁻⁴ = 4.35 × 10⁴ J/mol ឬ 43.5 kJ/mol។ នេះគឺជាមធ្យមភាគពី 20 °C ដល់ 60 °C។ វាស្ថិតនៅចន្លោះតម្លៃនៅ 25 °C (44.01) និងនៅ 100 °C (40.67) ដូចដែលវាគួរតែជា។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយទី 2។ តើទឹកពុះនៅសីតុណ្ហភាពប៉ុន្មាន នៅពេលសម្ពាធខ្យល់គឺ 0.800 atm? ចាប់ផ្តើមពីចំណុចពុះធម្មតា 373.15 K នៅ 1.000 atm ហើយប្រើ ΔHvap = 40.67 kJ/mol។ 1/T₂ = 1/373.15 − (8.314/40 670) × ln(0.800) = 2.7255 × 10⁻³ K⁻¹ ដូច្នេះ T₂ = 366.9 K ឬ 93.8 °C។ ដើម្បីពិនិត្យ 0.800 atm គឺ 608 torr ហើយការប្រមាណក្នុងចន្លោះរវាង 90 °C និង 95 °C ក្នុងតារាង 9.2 ក៏ផ្តល់ 93.8 °C ដែរ។

ការអានតំបន់ បន្ទាត់ និងចំណុចនៃដ្យាក្រាមដំណាក់កាល

ដ្យាក្រាមដំណាក់កាលគូសសម្ពាធធៀបនឹងសីតុណ្ហភាព ហើយបង្ហាញថាដំណាក់កាលណាមានស្ថិរភាពក្រោមលក្ខខណ្ឌនីមួយៗ។ តំបន់នីមួយៗគឺជាដំណាក់កាលមួយ។ បន្ទាត់នីមួយៗគឺជាសំណុំលក្ខខណ្ឌដែលដំណាក់កាលពីររួមរស់ក្នុងលំនឹង៖ រឹង និងរាវតាមខ្សែកោងរលាយ រាវ និងឧស្ម័នតាមខ្សែកោងសម្ពាធចំហាយ ហើយរឹង និងឧស្ម័នតាមខ្សែកោងស៊ុបលីមកម្ម។

បន្ទាត់ទាំងបីជួបគ្នានៅចំណុចត្រីភាព ដែលជាសីតុណ្ហភាព និងសម្ពាធតែមួយគត់ដែលរឹង រាវ និងឧស្ម័នរួមរស់ជាមួយគ្នាទាំងអស់។ ខ្សែកោងសម្ពាធចំហាយបញ្ចប់នៅចំណុចក្រិតិច។ លើសពីសីតុណ្ហភាពក្រិតិច គ្មានសម្ពាធណាអាចធ្វើឱ្យឧស្ម័នក្លាយជារាវបានទេ ហើយសារធាតុក្លាយជាវត្ថុរាវលើសក្រិតិច ដែលមានលក្ខណៈនៅចន្លោះរវាងអង្គធាតុរាវ និងឧស្ម័ន។

ដើម្បីប្រើដ្យាក្រាម ចូររកលក្ខខណ្ឌចាប់ផ្តើម ហើយផ្លាស់ទីតាមផ្លូវដែលបញ្ហាពិពណ៌នា។ ការកម្តៅនៅសម្ពាធថេរ គឺជាបន្ទាត់ផ្តេកពីឆ្វេងទៅស្តាំ ហើយព្រំដែននីមួយៗដែលវាឆ្លងកាត់ គឺជាការផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាល។ ការបង្ហាប់នៅសីតុណ្ហភាពថេរ គឺជាបន្ទាត់បញ្ឈរដែលផ្លាស់ទីឡើងលើ។ បន្ទាត់ផ្តេកដែលគូសក្រោមសម្ពាធនៃចំណុចត្រីភាព ឆ្លងកាត់តែខ្សែកោងស៊ុបលីមកម្មប៉ុណ្ណោះ ដូច្នេះសារធាតុរឹងប្រែទៅជាឧស្ម័នដោយផ្ទាល់។

បន្ទាត់រលាយផ្អៀងថយក្រោយរបស់ទឹក និងចំណុចត្រីភាពខ្ពស់របស់ទឹកកកស្ងួត

ចំណុចត្រីភាពរបស់ទឹកស្ថិតនៅ 0.01 °C និង 0.0061 bar (NIST Chemistry WebBook) ដែលប្រហែល 0.0060 atm។ ចំណុចក្រិតិចរបស់វានៅ 374 °C និង 218 atm (ផ្នែក 10.4 នៃ OpenStax)។ ខុសពីធម្មតា បន្ទាត់រឹង–រាវរបស់វាផ្អៀងទៅឆ្វេងបន្តិច៖ ការបង្កើនសម្ពាធបន្ថយចំណុចរលាយបន្តិច ព្រោះទឹកកកមានដង់ស៊ីតេតិចជាងទឹករាវ ហើយសម្ពាធអនុគ្រោះដល់ដំណាក់កាលដែលមានដង់ស៊ីតេខ្ពស់ជាង។ សារធាតុភាគច្រើនមានជម្រាលផ្ទុយ។

ចំណុចត្រីភាពរបស់កាបូនឌីអុកស៊ីតស្ថិតនៅ 216.58 K (−56.57 °C) និង 5.185 bar ដែលស្មើ 5.12 atm (NIST Chemistry WebBook)។ ដោយសារសម្ពាធនោះលើសពី 1 atm CO₂ រាវមិនអាចមាននៅក្នុងខ្យល់ចំហបានទេ។ នៅ 1 atm CO₂ រឹង (ទឹកកកស្ងួត) ស៊ុបលីមជំនួសឱ្យការរលាយ។ ចំណុចក្រិតិចរបស់វា 31.0 °C និង 73.8 bar ទាបគ្រប់គ្រាន់ដែល CO₂ លើសក្រិតិចត្រូវបានប្រើក្នុងឧស្សាហកម្មជាសារធាតុរំលាយ ឧទាហរណ៍ដើម្បីដកកាហ្វេអ៊ីនចេញពីគ្រាប់កាហ្វេ។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយទី 3។ ប៉ាន់ស្មានសីតុណ្ហភាពដែលទឹកកកស្ងួតស៊ុបលីមនៅ 1 atm (1.01325 bar) ដោយចាប់ផ្តើមពីចំណុចត្រីភាព និងអង់ថាល់ពីស៊ុបលីមកម្ម ΔHsub = 26.1 kJ/mol (NIST WebBook វាស់នៅជិត 207 K)។ សមីការក្លូស្យូស–ក្លាប៉េរ៉ុងដំណើរការសម្រាប់បន្ទាត់រឹង–ឧស្ម័ន ដូចគ្នានឹងបន្ទាត់រាវ–ឧស្ម័នដែរ។ ln(1.01325/5.185) = −1.633។ 1/T₂ = 1/216.58 − (8.314/26 100) × (−1.633) = 5.137 × 10⁻³ K⁻¹ ដូច្នេះ T₂ = 194.7 K ឬ −78.5 °C។ វាត្រូវនឹងសីតុណ្ហភាពស៊ុបលីមកម្មធម្មតា −78.5 °C ដែលដកស្រង់ក្នុង LibreTexts។

កំហុសក្នុងការគណនាការផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាល

កំហុសភាគច្រើនមកពីការលាយឡំផ្នែកពីរប្រភេទនៃខ្សែកោងកម្តៅ ឬពីការច្រឡំឯកតាក្នុងសមីការក្លូស្យូស–ក្លាប៉េរ៉ុង។ គូសខ្សែកោងកម្តៅ ហើយដាក់ស្លាកផ្នែកនីមួយៗ មុនពេលគណនាអ្វីមួយ។

• ទុកជំហានផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាលចោល ឬអនុវត្ត q = mcΔT ឆ្លងកាត់ផ្នែករាបស្មើដែល ΔT ស្មើសូន្យ។
• ប្រើកម្តៅជាក់លាក់នៃទឹករាវសម្រាប់ទឹកកក ឬចំហាយទឹក។ ដំណាក់កាលនីមួយៗមានតម្លៃផ្ទាល់ខ្លួន។
• លាយឡំហ្ស៊ូល និងគីឡូហ្ស៊ូល នៅពេលបូកជំហាន។ បម្លែងអ្វីៗទាំងអស់ទៅជាឯកតាតែមួយមុនពេលបូក។
• គុណ ΔH នឹងក្រាម ជំនួសឱ្យម៉ូល ឬគុណ c នឹងម៉ូល ជំនួសឱ្យក្រាម លើកលែងតែអ្នកប្រើសមត្ថភាពកម្តៅម៉ូលឱ្យស្របគ្នា។
• ប្រើសីតុណ្ហភាពសេលស៊ីយ៉ុសក្នុងសមីការក្លូស្យូស–ក្លាប៉េរ៉ុង។ មានតែកែលវិនទេដែលដំណើរការ ព្រោះសមីការប្រើ 1/T។
• ប្រើ R = 0.08206 L·atm/(mol·K) ជាមួយ ΔH គិតជាហ្ស៊ូល។ ជាមួយ ΔH គិតជា J/mol, R ត្រូវតែជា 8.314 J/(mol·K)។
• អានអ័ក្សសម្ពាធនៃដ្យាក្រាមដំណាក់កាលថាជាលីនេអ៊ែរ នៅពេលវាជាលោការីត ដូចដែលជាញឹកញាប់សម្រាប់ CO₂។