相与相变
克劳修斯–克拉佩龙方程
/ KLOW-zee-us kla-pay-RON /
你在厨房里早就熟悉这个规律了:温度稍微高一点,液体蒸发起来就积极得多。克劳修斯–克拉佩龙方程把这种直觉变成了数字。它定量地告诉你:随着温度升高,液体的蒸气压如何攀升——而且攀升得很陡,是指数式上升、而非缓缓上升。
这个方程是克拉佩龙方程的一个精简版本,专门针对液体(或固体)变成气体的情形。为了得到它简洁的形式,它做了两个合理的近似:蒸气当作理想气体,液体的体积与蒸气相比小到可忽略。结果就把两样东西——使物质汽化所需的热(它的汽化焓)和温度——联系起来,让你只要知道某一温度下的蒸气压,就能预测任意温度下的蒸气压。
这让它真正好用。在两个温度下测出蒸气压,你不用量热计就能算出汽化焓;知道这个焓和一个沸点,你就能预测在不同压强下——比如高海拔——的沸点。它是物理化学中最常用的实用方程之一,不过它的近似在临界点附近会失效,因为那里的蒸气已不再是理想气体。
已知水在海平面沸于 100 °C,又知其汽化焓(约 40.7 kJ/mol),这个方程便能预测:在气压更低的丹佛,水应在约 93 °C 沸腾——这与当地厨师的实际经验吻合。
由一个沸点加上汽化热,预测另一个沸点。
克劳修斯–克拉佩龙方程是精确的克拉佩龙方程在蒸气情形下的近似表亲。它假设蒸气是理想气体、液体体积可忽略,所以在远离临界点时很好用,越靠近临界点就越不准。
又称
另见