ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ
LABORATORIUM STUDENCKIE
WYZNACZANIE CIEPŁA PAROWANIA HEKSANU Z POMIARU ZALEŻNOŚCI PRĘŻNOŚCI PARY OD TEMPERATURY.
Wyposażenie ćwiczenia:
Ultratermostat
Izoteniskop
Termometr cyfrowy
Manometr rtęciowy
Manometr pomocniczy
Chłodnica
Pompa próżniowa
Eksykator próżniowy
Odczynniki: Heksan
WSTĘP
Efekty cieplne towarzyszą nie tylko reakcjom chemicznym; również takie procesy, jak zmiana stanu skupienia (parowanie, kondensacja, topnienie, krystalizacja) czy proces rozpuszczania substancji chemicznych, związane są ze znacznymi efektami cieplnymi.
W procesie parowania cząsteczki cieczy znajdują się w równowadze termodynamicznej z cząsteczkami pary nasyconej o ciśnieniu p i temperaturze T.
Jeżeli przez G(c) oznaczymy entalpię swobodną molową substancji w fazie ciekłej, zaś przez G(g) w fazie gazowej, to zgodnie z drugą zasadą termodynamiki różniczki zupełne rozważanych entalpii swobodnych wynoszą:
gdzie S(c), S(g) oznaczają entropię molową cieczy i pary, zaś V(c) i V(g) ich objętości molowe. W stanie równowagi G(c) = G(g), a więc także dG(c) = dG(wobec) i wobec tego
Po przekształceniu otrzymujemy równanie Clausiusa
gdzie ∆S= S(g)-S(c) oznacza entropię parowania, zaś ∆V=V(g) - V(c) zmianę objętości w procesie parowania.
Ponieważ parowanie jest procesem równowagowym, a stąd także odwracalnym, możemy entropię procesu wyrazić za pomocą ciepła parowania LP w temperaturze T:
Wobec tego wstawiając [5] do równania [4] otrzymuje się równanie:
[6]
Dla równowagi ciecz-para, można przyjąć założenie, że, ciepło parowania nie zależy od temperatury, co jest w przybliżeniu słuszne dla małego przedziału temperatur. W dużym oddaleniu od punktu krytycznego V(g) >>V(c), także objętość cieczy jest do zaniedbania w stosunku do objętości gazu, a para w tych warunkach spełnia w przybliżeniu równanie stanu gazu doskonałego. Przyjmując te założenia otrzymujemy równanie Clausiusa-Clapeyrona
lub
[b]
Po scałkowaniu, przy założeniu niezależności ciepła parowania od temperatury otrzymujemy:
Przy wyznaczaniu molowego ciepła parowania heksanu korzystać będziemy z uproszczonego równania Calusiusa - Caleyrona.
OPRACOWANIE WYNIKÓW
Wyniki pomiarów zestawiono w tabeli
Lp. |
T [°C] |
T [K] |
xi = 1/T |
h1 [mmHg] |
h2 [mmHg] |
h [mmHg] |
p=patm-∆h |
ln p=yi |
xiyi |
xi2 |
1 |
22,2 |
295,35 |
0,00339 |
704 |
65 |
639 |
122 |
4,804 |
0,0163 |
1,146E-05 |
2 |
28,6 |
301,75 |
0,00331 |
685 |
87 |
598 |
163 |
5,0938 |
0,0169 |
1,098E-05 |
3 |
32,3 |
305,45 |
0,00327 |
672 |
113 |
559 |
202 |
5,3083 |
0,0174 |
1,072E-05 |
4 |
36,3 |
309,45 |
0,00323 |
655 |
125 |
530 |
231 |
5,4424 |
0,0176 |
1,044E-05 |
5 |
39,5 |
312,65 |
0,0032 |
641 |
143 |
498 |
263 |
5,5722 |
0,0178 |
1,023E-05 |
6 |
42,7 |
315,85 |
0,00317 |
625 |
162 |
463 |
298 |
5,6971 |
0,018 |
1,002E-05 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,01957 |
0,0004 |
|
|
|
31,918 |
0,104 |
6,386E-05 |
Ciśnienie atmosferyczne odczytać na barometrze w laboratorium.
Ciśnienie atmosferyczne wynosi: 761 mm Hg.
Sporządzić wykres
.
Wykres ln p = f(1/T) przedstawia się następująco:
Ze sporządzonego wykresu wyznaczyć współczynnik a i obliczyć molowe ciepło parowania heksanu.
Współczynnik a odczytany z wykresu wynosi -4072,58.
Znając go możemy obliczyć molowe ciepło parowania heksanu ze wzoru:
Hpar. = -8,314 · (-4072,58) = 33859,41 J/mol =33,859 kJ/mol
Porównać otrzymaną wartość molowego ciepła parowania z wartością uzyskaną z obliczeń metodą najmniejszych kwadratów. Współczynnik a oblicza się ze wzoru:
gdzie x; = 1/T,
y = lg pi,
n - liczba pomiarów.
ΔHpar. = -8,314 · (-4072,58) = 33859,41 J/mol =33,859 kJ/mol
Odszukać w „ Poradniku fizykochemicznym" wartość molowego ciepła parowania heksanu i porównać z wartością otrzymaną z pomiarów (metodą graficzną i metodą najmniejszych kwadratów) - obliczyć odchylenie procentowe.
Wartość molowego ciepła parowania heksanu odczytana z „Poradnika fizykochemicznego” wynosi 28,85 kJ/mol.
5