22T1 |
Ćwiczenie nr 2 |
Data wykonania ćwiczenia |
Białka Karolina |
Prężność pary |
Ocena: |
WSTĘP TEORETYCZNY:
W tym ćwiczeniu będziemy badać prężność pary metodą izoteniskopową. Należy ona do metod statycznych. Poszczególnych pomiarów prężności pary dokonano w rożnych temperaturach (w tym wypadku 30-70oC). Do wykonania ćwiczenia użyto n-oktanu. Na podstawie otrzymanych wyników obliczono entalpię parowania badanej cieczy.
Funkcja Gibbsa
dG(T,p) = (∂G/∂T)p dT + (∂G/∂p)T dp
(∂G/∂T)p dT = -S
(∂G/∂p)T dp = V
dG(T,p) = Vdp - SdT
Równanie Clausiusa-Clapeyrona
Punktem wyjścia jest termodynamiczny warunek równowag polegający na równości potencjałów chemicznych danej substancji w obu fazach przy danych warunkach p i T.
μj=μf co jest równoważne równości molowych entalpii swobodnych danego składnika w obu fazach Gj=Gf
δμj = δμf → δGj = δGf
δGj=δpVj - δTSj = δpVf - δTSf = δGf
δp(Vj - Vf) = δT(Sj - Sf)
δp = (Sj - Sf)/(Vj - Vf) * δT
(δp/δT) = ∆S/∆V
(δp/δT) = ∆H/T∆V
Wykres fazowy dla wody:
OPIS WYKONANIA ĆWICZENIA:
Ustawiono termostat na pierwszą temperaturę pomiaru, po czym wlano do izoteniskopu ok. 5cm3 n-oktanu. Gdy temperatura cieczy ustaliła się, zamknięto kran KD3, aby odciąć dostęp powietrza przez kapilarę K2.
W celu wykonania pomiaru otworzono kran KD1, a następnie KD2. Po nagłym wciągnięciu próżni, ciecz w izoteniskopie zaczyna wrzeć, a jej część jest przerzucana wyżej.
Zamknięto kran KD2 i przez kilkanaście sekund wyciągano próżnię przez kapilarę K1, po czym zamknięto kran KD1. Ostrożnie otworzono kran KD3, bardzo powoli dopuszczono powietrze przez kapilarę K2 i utrzymano słup cieczy wewnątrz U-rurki izoteniskopu na takim samym poziomie. Odczytano wynik na manometrze.
Analogiczne pomiary wykonano dla kolejnych temperatur.
Temperatura |
Pomiar I |
Pomiar II |
Pomiar III |
Ciśnienie |
ln(pśr) |
T(K) |
p[mmHg] |
p[mmHg] |
p[mmHg] |
pśr [mmHg; Pa] |
- |
310,15 |
17 |
14 |
15 |
15,33; 2043,8 |
7,62 |
318,15 |
31 |
28 |
30 |
29,67; 3955,7 |
8,28 |
329,15 |
37 |
36 |
37 |
36,67; 4889,0 |
8,49 |
PODSUMOWANIE:
Metodą regresji prostoliniowej (najmniejszych kwadratów) komputerowo wyznaczono współczynnik A, który posłużył do obliczenia wartości ciepła parowania n-oktanu. Na dokładność pomiarów wartości ciśnień odczytywanych na manometrze miała wpływ ich liczba (stosunkowo niewielka) oraz poprawność „wyregulowania” poziomu cieczy w U-kształtnym fragmencie izoteniskopu. Przy wyprowadzeniu wzoru na ln p założono niezależność ciepła przemiany fazowej od temperatury w zakresie doświadczalnym, co umożliwiło scałkowanie obu stron wyrażenia.