Transcript
Zakład Chemii Fizycznej Laboratorium Studenckie
Sprawozdanie z laboratoriów
ĆWICZENIE 9 :
WYZNACZANIE CIEPŁA PAROWANIA HEKSANU Z POMIARU ZALEŻNOŚCI PRĘŻNOŚCI PARY OD TEMPERATURY.
WSTĘP W układzie dwufazowym ciecz – para cząsteczki w warstwie powierzchniowej lustra cieczy obdarzone wystarczającą energią mogą opuścić ciecz przechodząc w fazę gazową. Intensywność tego procesu wzrasta ze
wzrostem temperatury. W miarę wzrostu stężenia cząsteczek w fazie gazowej obserwuje się proces odwrotny tj. przechodzenie pewnej liczby cząsteczek w fazę ciekłą. Jest to proces skraplania .W miarę upływu czasu szybkość parowania maleje , a szybkość skraplania rośnie. Gdy szybkości obydwu procesów zrówna się ustali się stan równowagi dynamicznej. Równowagę tą charakteryzuje właściwa dla danej cieczy prężność pary nasyconej w danej temperaturze. Prężność pary nasyconej nie zależy od ilości substancji znajdującej się w poszczególnych fazach ani też od zajmowanych przez nią objętości Jest ona głównie funkcją temperatury i stanowi miarę stężenia substancji w fazie gazowej. Przy ponownych podgrzaniu układu zamkniętego rośnie temp. I zostaje zachwiana równowaga. Wzrasta energia cząsteczek , rośnie szybkość parowania , maleje szybkość skraplania , wzrasta prężność pary nad roztworem. Ponownie ustala się stan równowagi na innym poziomie temperatury. Każdej temperaturze T odpowiada właściwa dla niej prężność pary nasyconej p. Proces parowania wymaga dostarczenia do układu pewnej ilości energii na sposób ciepła , która w odniesieniu do 1 mola danej cieczy nosi nazwę molowego ciepła parowania H i jest zużywana na zwiększenie energii cząsteczek opuszczających ciecz ( wewnętrzne ciepło parowania Li ) oraz na pracę A rozszerzenia układu od objętości molowej cieczy do objętości molowej pary przeciw ciśnieniu zewnętrznemu p : A = p ( V(g) – V(c) )
(1)
Molowe ciepło parowania jest sumą obydwu tych udziałów : L = Li + p ( V(g) – V© )
(2)
Relacje między ciśnieniem równowagowym i temperaturą wyraża równanie Clausiussa – Clapeyrona :
d ln p H dT RT 2
(3)
Po rozdzieleniu zmiennych i scałkowaniu równanie to ma postać :
ln p
H const . RT
gdzie : H jest molowym ciepłem parowania cieczy.
OPRACOWANIE WYNIKÓW: Wyniki pomiarów zestawiono w tabeli:
(4)
T T h1 h2 h p=patm 1 / T =xi ln p=yi xiyi xi2 [C] [K] [mmHg] [mmHg] [mmHg] h 19,5 292,65 0,00342 695 77,5 617,5 150,5 5,01396 0,0171 1,17E-05 24,5 297,65 0,00336 680 92 588 180 5,19296 0,0174 1,13E-05 28,5 301,65 0,00332 672 107 565 203 5,31321 0,0176 1,1E-05 32,5 305,65 0,00327 664 115 549 219 5,38907 0,0176 1,07E-05 36,9 310,05 0,00323 651 131 520 248 5,51343 0,0178 1,04E-05 41,2 314,35 0,00318 635 152 483 285 5,65249 0,018 1,01E-05 SUMA 0,01977 32,0751 0,1056 6,52E-05
Ciśnienie atmosferyczne wynosi : patm. = 768 mm Hg. Wykres ln p = f(1/T) przedstawia się następująco :
Zależność logarytmu ciśnienia od odwrotniości temperatury 5,8
y= -2606,82 x
5,7 5,6
ln p
5,5 5,4 5,3 5,2 5,1 5 4,9 0,00310
0,00315
0,00320
0,00325
0,00330
0,00335
0,00340
1/T
Ze względu na stosunkowo wąski zakres temperatur zależność jest liniowa: ln p = a(1/T) + b gdzie : a
H par. R
(5) (6)
Współczynnik a można otrzymać przy pomocy jednej z opcji w programie „Microsoft Excel” , gdzie wyznaczony jest automatycznie i z dużą dokładnością . Współczynnik a odczytany z wykresu wynosi –2606,82. Znając go możemy obliczyć molowe ciepło parowania heksanu ze wzoru (6) : Hpar. = -8,314 · (-2606,82) = 21673,10148 J/mol =21,673 kJ/mol
Współczynnik a możemy również obliczyć na podstawie zależności :
x y n x y a x n x i
i
i
2
i
2
i
i
0,01977 32,0751 6 0,1056 0,000390852 6 6,52 10 5
1507,836207 Hpar. = -8,314 · (-2606,82) = 21673,10148 J/mol =21,673 kJ/mol Wartość molowego ciepła parowania heksanu odczytana z „Poradnika fizykochemicznego” wynosi 28,85 kJ/mol.
