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 ΔH i jest zużywana na zwiększenie energii cząsteczek opuszczających ciecz ( wewnętrzne ciepło parowania L_i ) 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 = L_i + p ( V^(g) - V^© ) (2)

Relacje między ciśnieniem równowagowym i temperaturą wyraża równanie Clausiussa - Clapeyrona :

(3)

Po rozdzieleniu zmiennych i scałkowaniu równanie to ma postać :

(4)

gdzie : ΔH jest molowym ciepłem parowania cieczy.

OPRACOWANIE WYNIKÓW

Wyniki pomiarów zestawiono w tabeli

T [C]	T [K]	1 / T =xi	h1 [mmHg]	h2 [mmHg]	h [mmHg]	p=patm - h	ln p=yi	xiyi	xi^2
25,8	298,95	0,00335	684	88	596	165	5,10595	0,0171	1,12E-05
29,8	302,95	0,0033	677	98	579	182	5,20401	0,0172	1,09E-05
33,8	306,95	0,00326	662	116	546	215	5,37064	0,0175	1,06E-05
37,6	310,75	0,00322	647	136	511	250	5,52146	0,0178	1,04E-05
41,7	314,85	0,00318	627	161	466	295	5,68698	0,0181	1,01E-05
45,5	318,65	0,00314	608	186	422	339	5,826	0,0183	9,85E-06
SUMA		0,01944					32,715	0,1059	6,3E-05

Ciśnienie atmosferyczne wynosi : p_atm. = 765 mm Hg.

Wykres ln p = f(1/T) przedstawia się następująco :

Ze względu na stosunkowo wąski zakres temperatur zależność jest liniowa:

ln p = a(1/T) + b (5)

gdzie :
(6)

Współczynnik a można otrzymać przy pomocy jednej z opcji w programie „Microsoft Excel” , gdzie wyznaczony jest automatycznie i z dużą dokładnością (możliwość a) lub można obliczyć manualnie z wykresu podstawiając współrzędne dwóch dowolnych punktów leżących na prostej do równania linii prostej i z otrzymanego układu równań wyznaczyć szukany współczynnik (możliwość b) .

a) Współczynnik a odczytany z wykresu wynosi -3511,6. Znając go możemy obliczyć molowe ciepło parowania heksanu po przekształceniu wzoru (6):

ΔH_par = = -a⋅R

ΔH_par = 3511,6 ⋅ 8,314 = 29195,4J/mol =29,1954 kJ/mol

b) Dobieramy dwa dowolne punkty leżące na prostej o współrzędnych x , y:

Współrzędne pierwszego punktu x₁ = 0,00325 y₁ = 5,37063

Współrzędne drugi punktu x₂ = 0,00334 y₂ = 5,10594

i podstawiamy wartości x , y każdego z punktów do równania ogólnego prostej :

y = a⋅x + b

otrzymując w ten sposób układ równań z dwoma niewiadomymi , z którego obliczamy współczynnik a :

5,37063 = 0,00325⋅a + b

5,10594 = 0,00334⋅a + b

5,37063 = 0,00325⋅a + b

b = 5,10594 - 0,00334⋅a

5,3706 = 0,00325⋅a + 5,10594 - 0,00334⋅a

5,3706 - 5,10594 = 0,00325⋅a - 0,00334⋅a

0,265 = (0,00325 - 0,00334)⋅a

0,265 = -9⋅10^-5 ⋅a

a = 0,265/-9⋅10^-5

a = -2,944⋅10³

Różnica w wartości współczynnika obliczonego przez komputer , a obliczonego powyższą metodą wynika z faktu że do obliczeń braliśmy punkt który nie leży idealnie na linii prostej. Z tego powodu obliczenia komputerowe są znacznie dokładniejsze. Potwierdza to również porównanie wartości współczynników z otrzymaną metodą najmniejszych kwadratów (punkt c).

c) Współczynnik a możemy również obliczyć na podstawie zależności :

ΔH_par. = 289,8 ⋅ 8,314 = 2409J/mol = 24,09 kJ/mol

Wartość molowego ciepła parowania heksanu odczytana z „Poradnika fizykochemicznego” wynosi 28,85 kJ/mol.

POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA

ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ

Laboratorium studenckie

Sprawozdanie z wykonania ćwiczenia nr 9:

„Wyznaczanie ciepła parowania heksanu z pomiaru zależności prężności pary od temperatury.”

Sporządzili:

Łukasz Daniel

Tomasz Dziadosz

---