מחשב לחץ אדים

H₂O - נוזל חסר צבע וריח חיוני לחיים

°C

טווח תקף: 1°C עד 100°C

לחץ אדים

העתק
לא זמיןmmHg

נוסחת חישוב

משוואת אנטואן:

log₁₀(P) = 8.07131 - 1730.63/(233.426 + T)

לחץ אדים מול טמפרטורה

Loading chart...

הגרף מציג את השינוי בלחץ האדים עם הטמפרטורה

📚

תיעוד

מחשבון לחץ אדים: הערכת לחץ האדים המדויק של חומרים

מבוא ללחץ אדים

לחץ אדים הוא תכונה פיזיקלית בסיסית המייצגת את הלחץ המופעל על ידי אדים בשווי משקל תרמודינמי עם שלביו המוצקים או הנוזליים (מוצק או נוזל) בטמפרטורה נתונה. מחשבון לחץ האדים הזה מספק דרך פשוטה אך עוצמתית להעריך את לחץ האדים של חומרים שונים בטמפרטורות שונות באמצעות משוואת אנטואן. בין אם אתה סטודנט לכימיה, טכנאי מעבדה או מהנדס כימיה, הבנת לחץ האדים חיונית לחיזוי התנהגות שלב, תכנון תהליכי זיקוק והבטחת בטיחות בטיפול כימי.

המחשבון מאפשר לך לבחור מתוך חומרים נפוצים כולל מים, אלכוהולים וממסים אורגניים, ואז מחשב מיד את לחץ האדים בטמפרטורה שציינת. על ידי הדמיה של הקשר בין טמפרטורה ללחץ אדים, תוכל להבין טוב יותר את מאפייני ההתנדפות של חומרים שונים ולקבל החלטות מושכלות ביישומים המדעיים או ההנדסיים שלך.

המדע מאחורי לחץ האדים

לחץ האדים הוא מדד לנטייתו של חומר להתנדף. בטמפרטורה נתונה, מולקולות על פני השטח של נוזל יש להן אנרגיות שונות. אלו שיש להן אנרגיה מספקת יכולות להתגבר על הכוחות הבין-מולקולריים המחזיקים אותן במצב נוזלי ולברוח לשלב הגז. ככל שהטמפרטורה עולה, יותר מולקולות מקבלות מספיק אנרגיה כדי לברוח, מה שמוביל ללחץ אדים גבוה יותר.

משוואת אנטואן לחישוב לחץ אדים

המחשבון משתמש במשוואת אנטואן, קורלציה חצי אמפירית שנגזרת מקשר קלוזיוס-קלפרון. משוואה זו מספקת שיטה מדויקת לחישוב לחץ אדים בטווחי טמפרטורה ספציפיים:

log10(P)=ABC+T\log_{10}(P) = A - \frac{B}{C + T}

איפה:

  • PP הוא לחץ האדים (ב-mmHg)
  • TT היא הטמפרטורה (ב-°C)
  • AA, BB ו-CC הם קבועים ספציפיים לחומר שנקבעו בניסוי

פרמטרי משוואת אנטואן משתנים עבור כל חומר והם תקפים רק בטווחי טמפרטורה ספציפיים. מחוץ לטווחים אלה, המשוואה עשויה להניב תוצאות לא מדויקות בגלל שינויים בתכונות הפיזיות של החומר.

קבועי אנטואן לחומרים נפוצים

המחשבון כולל קבועי אנטואן עבור מספר חומרים נפוצים:

חומרABCטווח טמפרטורה תקף (°C)
מים8.071311730.63233.4261-100
מתנול8.080971582.271239.72615-100
אתנול8.204171642.89230.320-100
אצטון7.117141210.595229.6640-100
בנזן6.905651211.033220.798-100
טולואן6.954641344.8219.48210-100
כלורופורם6.954651170.966226.2320-100
דיאתיל אתר6.923331064.07228.80-100

קבועים אלה נקבעו על ידי מדידות ניסיוניות מדוקדקות ומספקים הערכות מדויקות של לחץ האדים בתוך טווחי הטמפרטורה שלהם.

הדמיית לחץ האדים

קשר בין לחץ אדים לטמפרטורה דיאגרמה המראה כיצד לחץ האדים עולה באופן אקספוננציאלי עם הטמפרטורה עבור חומרים שונים

טמפרטורה (°C) לחץ אדים (mmHg)

מים אתנול אצטון 760 mmHg (1 אטמוספירה) 25°C 50°C 75°C 100°C

הגרף שלמעלה מדגים כיצד לחץ האדים עולה באופן אקספוננציאלי עם הטמפרטורה עבור שלושה חומרים נפוצים: מים, אתנול ואצטון. הקו המנוקד האופקי מייצג את הלחץ האטמוספרי (760 mmHg), שבו החומר ירתח. שים לב כיצד אצטון מגיע לנקודה זו בטמפרטורה נמוכה בהרבה ממים, מה שמסביר מדוע הוא רותח בקלות רבה יותר בטמפרטורת החדר.

כיצד להשתמש במחשבון לחץ האדים

המחשבון שלנו ללחץ האדים תוכנן עם פשטות ודיוק בראש. עקוב אחר הצעדים הבאים כדי לחשב את לחץ האדים של החומר הנבחר שלך:

  1. בחר חומר: בחר מתוך תפריט הנפתח של חומרים זמינים כולל מים, אלכוהולים וממסים נפוצים.

  2. הכנס טמפרטורה: הזן את הטמפרטורה (ב-°C) שבה אתה רוצה לחשב את לחץ האדים. ודא שהטמפרטורה נמצאת בטווח התקף עבור החומר הנבחר שלך.

  3. צפה בתוצאות: המחשבון יציג מיד:

    • את לחץ האדים המחושב ב-mmHg
    • את משוואת אנטואן עם הקבועים הספציפיים לחומר הנבחר שלך
    • גרף חזותי המראה את עקומת לחץ האדים בטמפרטורות
  4. נתח את הגרף: הגרף האינטראקטיבי מציג כיצד לחץ האדים משתנה עם הטמפרטורה עבור החומר הנבחר שלך. נקודת הטמפרטורה והלחץ הנוכחית מודגשת באדום.

  5. העתק תוצאות: השתמש בלחצן "העתק" כדי להעתיק את לחץ האדים המחושב ללוח שלך לשימוש בדוחות או חישובים נוספים.

אם תזין טמפרטורה מחוץ לטווח התקף עבור החומר שנבחר, המחשבון יציג הודעת שגיאה המצביעה על טווח הטמפרטורה התקף.

דוגמת חישוב שלב אחר שלב

בוא נחשב את לחץ האדים של מים בטמפרטורה של 25°C באמצעות משוואת אנטואן:

  1. זהה את קבועי אנטואן עבור מים:

    • A = 8.07131
    • B = 1730.63
    • C = 233.426
  2. החלף ערכים אלו למשוואת אנטואן: log10(P)=ABC+T\log_{10}(P) = A - \frac{B}{C + T} log10(P)=8.071311730.63233.426+25\log_{10}(P) = 8.07131 - \frac{1730.63}{233.426 + 25} log10(P)=8.071311730.63258.426\log_{10}(P) = 8.07131 - \frac{1730.63}{258.426} log10(P)=8.071316.6968\log_{10}(P) = 8.07131 - 6.6968 log10(P)=1.3745\log_{10}(P) = 1.3745

  3. חשב את לחץ האדים על ידי לקיחת אנטילוג: P=101.3745P = 10^{1.3745} P=23.7 mmHgP = 23.7 \text{ mmHg}

לכן, לחץ האדים של מים בטמפרטורה של 25°C הוא בערך 23.7 mmHg. ערך נמוך יחסית זה מסביר מדוע מים מתנדפים לאט בטמפרטורת החדר בהשוואה לחומרים נדיפים יותר כמו אצטון או אתנול.

הבנת תוצאות לחץ האדים

המחשבון מספק לחץ אדים במילימטרים של כספית (mmHg), יחידת מידה נפוצה למדידות לחץ אדים. הנה כיצד לפרש את התוצאות:

  • לחץ אדים גבוה יותר מצביע על חומר נדיף יותר שמתנדף בקלות רבה יותר בטמפרטורה נתונה.
  • לחץ אדים נמוך יותר מצביע על חומר פחות נדיף שנשאר במצב נוזלי בקלות רבה יותר.
  • נקודת רתיחה רגילה מתרחשת כאשר לחץ האדים שווה ללחץ האטמוספרי (760 mmHg בגובה פני הים).

לדוגמה, בטמפרטורה של 25°C:

  • למים יש לחץ אדים של בערך 23.8 mmHg
  • לאתנול יש לחץ אדים של בערך 59.0 mmHg
  • לאצטון יש לחץ אדים של בערך 229.5 mmHg

זה מסביר מדוע אצטון מתנדף הרבה יותר מהר ממים בטמפרטורת החדר.

יישום יישום נייד

אפליקציית הערכת לחץ האדים לנייד כוללת ממשק נקי ואינטואיטיבי שתוכנן עבור פלטפורמות iOS ו-Android. האפליקציה פועלת לפי עקרונות עיצוב מינימליסטיים עם שני שדות קלט עיקריים:

  1. בחירת חומר: תפריט נפתח המאפשר למשתמשים לבחור מתוך חומרים נפוצים כולל מים, אלכוהולים וממסים אורגניים.

  2. קלט טמפרטורה: שדה קלט מספרי שבו המשתמשים יכולים להזין את הטמפרטורה בצלזיוס.

לאחר הזנת ערכים אלו, האפליקציה מחשבת ומציגה מיד את לחץ האדים באמצעות משוואת אנטואן. מסך התוצאות מציג:

  • את לחץ האדים המחושב ב-mmHg
  • ייצוג חזותי של היכן ערך זה נמצא על עקומת לחץ האדים
  • את טווח הטמפרטורה התקף עבור החומר הנבחר

האפליקציה פועלת גם במצב לא מקוון ודורשת משאבים מינימליים של מערכת, מה שהופך אותה לנגישה על מגוון רחב של מכשירים ניידים. הממשק מותאם לפעולה ביד אחת, עם מטרות מגע גדולות וטקסט ברור וקריא.

תכונות האפליקציה הניידת

  • עיצוב מינימליסטי: ממשק נקי עם רק האלמנטים החיוניים כדי לשמור על פוקוס על החישוב
  • חישוב בזמן אמת: התוצאות מתעדכנות מיד כאשר המשתמשים מתאימים את הטמפרטורה או משנים חומרים
  • פונקציונליות לא מקוונת: אין צורך בחיבור לאינטרנט לצורך חישובים
  • שמור מועדפים: סמן שילובי חומר/טמפרטורה בשימוש תדיר
  • המרת יחידות: החלף בין יחידות לחץ שונות (mmHg, kPa, atm, psi)
  • מצב כהה: הפחתת מתח בעיניים בסביבות עם תאורה נמוכה
  • נגישות: תמיכה בקוראי מסך וגודל טקסט דינמי

האפליקציה שמה דגש על פשטות ודיוק, תוך הימנעות מתכונות מיותרות שעשויות לסבך את חוויית המשתמש. זה תואם את עקרונות העיצוב המרכזיים של מתן כלי ישיר להערכות מהירות של לחץ אדים בדרכים.

יישומים מעשיים של חישובי לחץ אדים

הבנה וחישוב לחץ אדים ישנם יישומים מעשיים רבים בתחומים שונים:

הנדסה כימית ועיצוב תהליכים

  1. תכנון תהליך זיקוק: הבדלים בלחץ האדים בין מרכיבים מאפשרים הפרדה בעמודי זיקוק. מהנדסים משתמשים בנתוני לחץ אדים כדי לקבוע תנאי פעולה ומפרטי עמוד.

  2. תהליכי התאדות וייבוש: חישוב לחץ אדים מסייע באופטימיזציה של תהליכי ייבוש על ידי חיזוי שיעורי התאדות בטמפרטורות שונות.

  3. עיצוב מיכלי אחסון: עיצוב נכון של מיכלי אחסון לנוזלים נדיפים דורש הבנה של לחץ אדים כדי למנוע הצטברות לחץ מופרז.

מדע הסביבה

  1. מודל זיהום אטמוספרי: נתוני לחץ אדים מסייעים לחזות כיצד כימיקלים יתפלגו בין אוויר למים בסביבה.

  2. טיפול במים: הבנת לחץ האדים של מזהמים מסייעת בעיצוב תהליכי סינון אוויר יעילים לטיהור מים.

תעשיית התרופות

  1. פורמולציה של תרופות: לחץ האדים משפיע על היציבות ועל חיי המדף של תרופות נוזליות ומכתיב דרישות אריזות מתאימות.

  2. תהליכי ייבוש בהקפאה: תהליכי ליפופיליזציה תלויים בהבנה של התנהגות לחץ האדים של מים וממסים בטמפרטורות שונות.

יישומים במעבדה

  1. זיקוק תחת ואקום: חישוב לחץ האדים בלחצים מופחתים מסייע לקבוע תנאים מתאימים לזיקוק תחת ואקום.

  2. התאדות סיבובית: אופטימיזציה של הגדרות מתאדה סיבובית על בסיס לחץ האדים של ממסים משפרת את היעילות ומונעת קפיצות.

  3. אחסון כימיקלים נדיפים: תנאי אחסון נכונים עבור כימיקלים נדיפים נקבעים על בסיס מאפייני לחץ האדים שלהם.

יישומי בטיחות

  1. טיפול בחומרים מסוכנים: נתוני לחץ האדים חיוניים להערכת סיכוני שריפה והתפוצצות של חומרים נדיפים.

  2. בחירת מסנני נשימה: הגנה נשימתית מתאימה נבחרת על בסיס לחץ האדים של כימיקלים מסוכנים.

שיטות חלופיות לקביעת לחץ אדים

בעוד שמשוואת אנטואן מספקת דיוק טוב עבור יישומים רבים, שיטות חלופיות קיימות לקביעת לחץ אדים:

  1. משוואת קלוזיוס-קלפרון: משוואה תרמודינמית בסיסית יותר הקושרת לחץ אדים לטמפרטורה, חום אידוי וקבוע הגז.

  2. משוואת וגנר: מציעה דיוק משופר על פני טווחי טמפרטורה רחבים יותר אך דורשת יותר פרמטרים.

  3. מדידה ישירה: שיטות ניסיוניות כמו איזוטניסקופ, אביוליאומטריה או טכניקות רוויה גז מספקות מדידות ישירות של לחץ אדים.

  4. שיטות תרומת קבוצה: שיטות אלו מעריכות לחץ אדים על בסיס מבנה מולקולרי כאשר נתונים ניסיוניים אינם זמינים.

  5. כימיה חישובית: שיטות סימולציה מולקולריות יכולות לחזות לחץ אדים מעקרונות ראשוניים.

התפתחות היסטורית של חישוב לחץ אדים

המושג לחץ אדים התפתח באופן משמעותי במשך מאות שנים:

  • תצפיות מוקדמות (המאה ה-17-18): מדענים כמו רוברט בويل וז'אק שארל תצפתו על הקשר בין לחץ, נפח וטמפרטורה של גזים אך לא ניסחו עדיין מושגים של לחץ אדים.

  • חוק הלחצים החלקיים של דלטון (1801): ג'ון דלטון הציע כי הלחץ הכולל של תערובת גזים שווה לסכום הלחצים שכל גז היה מפעיל אם היה תופס את הנפח לבד, laying groundwork for understanding vapor pressure.

  • משוואת קלוזיוס-קלפרון (1834): בנואה פול אמיל קלפרון ולאחר מכן רודולף קלוזיוס פיתחו בסיס תיאורטי הקושר לחץ אדים לטמפרטורה וחום אידוי.

  • משוואת אנטואן (1888): לואי שארל אנטואן פיתח את המשוואה הפשוטה שלו לחישוב לחץ אדים, שעדיין בשימוש נרחב היום בשל האיזון המעשי שלה בין פשטות לדיוק.

  • התפתחויות מודרניות (המאה ה-20 ואילך): משוואות מתקדמות יותר כמו משוואת וגנר ושיטות חישוביות פותחו לדיוק גבוה יותר בטווחי טמפרטורה רחבים יותר.

  • שיטות חישוביות (המאה ה-21): טכניקות כימיה חישובית מתקדמות מאפשרות כיום חיזוי של לחץ אדים ממבנה מולקולרי ועקרונות ראשוניים.

דוגמאות קוד לחישוב לחץ אדים

הנה דוגמאות כיצד ליישם את משוואת אנטואן לחישוב לחץ אדים בשפות תכנות שונות:

1' פונקציית Excel לחישוב לחץ אדים באמצעות משוואת אנטואן
2Function VaporPressure(temperature As Double, A As Double, B As Double, C As Double) As Double
3    VaporPressure = 10 ^ (A - B / (C + temperature))
4End Function
5
6' שימוש לדוגמה עבור מים בטמפרטורה של 25°C
7' =VaporPressure(25, 8.07131, 1730.63, 233.426)
8

שאלות נפוצות לגבי לחץ אדים

מהו לחץ אדים במונחים פשוטים?

לחץ אדים הוא הלחץ המופעל על ידי אדים כאשר הם בשווי משקל עם שלביהם הנוזליים או המוצקים בטמפרטורה ספציפית. הוא מודד כמה בקלות חומר מתנדף—חומרים עם לחץ אדים גבוה יותר מתנדפים בקלות רבה יותר מאשר אלו עם לחץ אדים נמוך יותר.

כיצד טמפרטורה משפיעה על לחץ אדים?

לטמפרטורה יש השפעה חיובית חזקה על לחץ האדים. ככל שהטמפרטורה עולה, מולקולות מקבלות יותר אנרגיה קינטית, מה שמאפשר ליותר מהן להתגבר על הכוחות הבין-מולקולריים ולברוח לשלב הגז. הקשר הזה הוא אקספוננציאלי ולא ליניארי, מה שמסביר מדוע עקומות לחץ האדים מראות עלייה חדה בטמפרטורות גבוהות יותר.

מה ההבדל בין לחץ אדים ללחץ אטמוספרי?

לחץ אדים הוא הלחץ המופעל על ידי אדים של חומר ספציפי כאשר הוא בשווי משקל עם שלביו הנוזליים או המוצקים. לחץ אטמוספירי הוא הלחץ הכולל המופעל על ידי כל הגזים באטמוספירה של כדור הארץ. כאשר לחץ האדים של חומר שווה ללחץ האטמוספרי, החומר רותח.

מדוע לחץ אדים חשוב בתהליכי זיקוק?

זיקוק מתבסס על הבדלים בלחץ האדים בין מרכיבים בתערובת. חומרים עם לחצי אדים גבוהים יותר מתנדפים בקלות רבה יותר וניתן להפרידם מאלו עם לחצי אדים נמוכים יותר. הבנת לחץ האדים מסייעת באופטימיזציה של תנאי הזיקוק להפרדה יעילה.

האם ניתן למדוד לחץ אדים ישירות?

כן, לחץ אדים ניתן למדוד ישירות באמצעות מספר שיטות ניסיוניות:

  • שיטת איזוטניסקופ
  • שיטת סטטית (שיטת מנומטר)
  • שיטה דינמית (שיטת נקודת רתיחה)
  • שיטת רוויה גז
  • שיטת התפשטות קנודסן

מה קורה כאשר לחץ אדים שווה ללחץ האטמוספרי?

כאשר לחץ האדים של חומר שווה ללחץ האטמוספרי הסובב, החומר רותח. זו הסיבה לכך שמים רותחים ב-100°C בגובה פני הים (כאשר לחץ האטמוספירי הוא בערך 760 mmHg) אך רותחים בטמפרטורות נמוכות יותר בגבהים גבוהים יותר שבהם הלחץ האטמוספירי נמוך יותר.

עד כמה מדויקת משוואת אנטואן לחישוב לחץ אדים?

משוואת אנטואן מספקת דיוק טוב (בדרך כלל בטווח של 1-5%) בתוך טווחי הטמפרטורה הספציפיים עבור כל חומר. מחוץ לטווחים אלה, הדיוק פוחת. עבור יישומים הדורשים דיוק גבוה יותר או עבור תנאים קיצוניים, עשויות להיות מועדפות משוואות מורכבות יותר כמו משוואת וגנר.

אילו יחידות משמשות בדרך כלל עבור לחץ אדים?

יחידות נפוצות עבור לחץ אדים כוללות:

  • מילימטרים של כספית (mmHg)
  • טור (1 טור = 1 mmHg)
  • פסקל (Pa) או קילופסקל (kPa)
  • אטמוספירות (atm)
  • פאונד לאינצ' רבוע (psi)

כיצד מבנה מולקולרי משפיע על לחץ אדים?

מבנה מולקולרי משפיע משמעותית על לחץ האדים דרך:

  • משקל מולקולרי: מולקולות כבדות יותר בדרך כלל יש להן לחצי אדים נמוכים יותר
  • כוחות בין-מולקולריים: כוחות חזקים יותר (קישור מימן, אינטראקציות דיפול-דיפול) מביאים ללחצי אדים נמוכים יותר
  • צורת מולקולה: מולקולות קומפקטיות יותר לעיתים קרובות יש להן לחצי אדים גבוהים יותר מאשר מולקולות ארוכות
  • קבוצות פונקציונליות: קבוצות פולריות כמו -OH בדרך כלל מפחיתות לחץ אדים

האם אני יכול להשתמש במחשבון הזה עבור תערובות של חומרים?

המחשבון הזה מיועד לחומרים טהורים. עבור תערובות, לחץ האדים פועל לפי חוק ראולט עבור פתרונות אידיאליים, שבו לחץ האדים החלקי של כל רכיב שווה למכפלת שבר המולים שלו בלחץ האדים הטהור שלו. עבור תערובות לא אידיאליות, יש לקחת בחשבון את קואפיציוני הפעולה.

מקורות

  1. פולינג, ב. א., פראוסניץ', ג. מ., ואוקונל, ג. פ. (2001). תכונות הגזים והנוזלים (מהדורה 5). מקגרו-היל.

  2. סמית, ג. מ., ואן נס, ה. ק., ואבוט, מ. מ. (2017). מבוא להנדסת כימיה תרמודינמיקה (מהדורה 8). מקגרו-היל.

  3. אנטואן, ק. (1888). "לחצי אדים: קשר חדש בין לחצים לטמפרטורות." פרוטוקולי ישיבות האקדמיה למדעים, 107, 681-684, 778-780, 836-837.

  4. NIST Chemistry WebBook, SRD 69. המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה. https://webbook.nist.gov/chemistry/

  5. יאו, צ. ל. (2007). המדריך של יאו ללחץ אדים: קבועי אנטואן (מהדורה 2). Gulf Professional Publishing.

  6. ריד, ר. ח., וגרין, ד. ו. (2008). המדריך של פרי למהנדסי כימיה (מהדורה 8). מקגרו-היל.

  7. פרי, ר. ח., וגרין, ד. ו. (2008). המדריך של פרי למהנדסי כימיה (מהדורה 8). מקגרו-היל.

סיכום

מחשבון לחץ האדים מספק דרך מהירה ומדויקת להעריך את לחץ האדים של חומרים שונים בטמפרטורות שונות באמצעות משוואת אנטואן המוכרת. הבנת לחץ האדים חיונית עבור מספר יישומים בכימיה, הנדסה כימית, מדע הסביבה וניהול בטיחות.

על ידי שימוש במחשבון זה, תוכל:

  • לחזות התנהגות שלב של חומרים
  • לתכנן תהליכי זיקוק והפרדה יעילים
  • להעריך סיכוני בטיחות הקשורים לכימיקלים נדיפים
  • לאופטימיזציה של תנאי אחסון עבור כימיקלים
  • להבין טוב יותר תופעות התאדות ועיבוי

כדי לקבל את התוצאות המדויקות ביותר, ודא שאתה עובד בתוך טווח הטמפרטורה התקף עבור החומר שנבחר. עבור יישומים מיוחדים הדורשים דיוק גבוה יותר או עבור חומרים שאינם כלולים במסד הנתונים שלנו, שקול להתייעץ עם מקורות הפניה מקיפים יותר או לבצע מדידות ניסיוניות ישירות.

נסה את מחשבון לחץ האדים שלנו היום כדי לקבוע במהירות לחצי אדים עבור היישומים והניסויים הכימיים שלך!