3. การหาค่าความดันไอ

เครื่องมือที่ใช้สำหรับการวัดหาค่าความดันบรรยากาศ เรียกว่า "บารอมิเตอร์" โดยใช้หลอดปลายปิดที่เป็นสูญญากาศจุ่มลงในอ่างปรอท พบว่าที่ความดัน 1 บรรยากาศ (atm) ระดับของปรอทจะมีความสูงเท่ากับ 760 mmHg โดยความดันที่อยู่เหนือปรอท (บริเวณช่องว่าง) จะเข้าใกล้สุญญากาศ เหตุที่กล่าวเช่นนี้ ก็เพราะว่าปรอทก็สามารถระเหยได้เช่นกัน แต่อัตราการระเหยค่อนข้างจะต่ำมากๆ ดังนั้น ถ้าเราต้องการวัดความดันไอของของเหลว ก็จะใช้หลอดฉีด (syringe) บีบของเหลวเข้าไปในหลอดที่บรรจุปรอท ของเหลวซึ่งมีความหนาแน่นน้อยกว่าปรอทจะลอยตัวอยู่บนปรอท เมื่อของเหลวกลายเป็นไอจนอิ่มตัว (ซึ่งจะต้องไม่มีของเหลวลอยอยู่บนปรอทเลย) ความดันที่เกิดขึ้นภายในหลอด จะดันปรอทให้ต่ำลง (ในที่นี้ สมมติให้ความดันของไอปรอทมีค่าเท่ากับศูนย์) เพราะฉะนั้นระดับปรอทที่ต่ำลง จะเป็นค่าความดันไอของของเหลว

Pบรรยากาศ =    Pไอ + Pปรอท   Pไอ =    Pบรรยากาศ - Pปรอท   =    Pบรรยากาศ -       เมื่อ =    ความหนาแน่นของปรอท (g/cm3)   g =    แรงโน้มถ่วงของโลก (10 m/s2)   h =    ความสูงของระดับปรอท (m)

         ถ้าเขียนความสัมพันธ์ระหว่าง ความดันกับอุณหภูมิ จะได้กราฟดังรูป

สมการแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความดันไอและอุณหภูมิของกราฟ ได้ดังนี้ อุณหภูมิ T เป็นเคลวิน (K) R เป็นค่าคงที่ของแก๊ส มีค่าเท่ากับ 8.314 JK-1mol-1 เป็นความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ (heat of vaporation) ต่อโมลของของเหลว มีหน่วยเป็นจูลต่อโมล (J/mol)

      สมการนี้เป็น สมการคลอเซียส-คลาเปย์รอง (Clausius-Clapeyron Equation) สมการนี้ใช้ได้ดีในกรณีที่ของเหลวมีพฤติกรรมเหมือนแก๊สสมบูรณ์แบบ

ตัวอย่าง ความดันไอของไดเอทิลอีเทอร์ เท่ากับ 401 mmHg ที่อุณหภูมิ 18^oC ถ้าสมมติให้เอทิลอีเทอร์ (diethyl ether) มีพฤติกรรมเหมือนแก๊สสมบูรณ์แบบ ให้นักเรียนคำนวณหาความดันไอของไดเอทิลอีเทอร์ ที่อุณหภูมิ 32^oC เมื่อกำหนดค่าของไดเอทิลอีเทอร์ เท่ากับ 26.0 kJmol^-1

วิธีทำ

จากสมการ

        P₁ = 401mmHg                   P₂ = ?

        T₁ = 18^oC = 291K              T₂ = 32^oC = 305 K

        R = 8.314 JK^-1mol^-1

        P₂ = 656 mmHg หรือ 0.863 atm

        เพราะฉะนั้น ความดันไอของไดเอทิลอีเทอร์ จะมีความดันไอ ที่ 32^oC เท่ากับ 656 mmHg หรือ 0.863 atm