Zakład Chemii Fizycznej

Laboratorium Studenckie

ĆWICZENIE 15

EKSCES OBJĘTOŚCI MOLOWEJ W UKŁADZIE WODA - METANOL

Wyposażenie ćwiczenia

Aparatura i urządzenia :

waga analityczna

suszarka

ultratermostat

2 piknometry

2 pipety o poj. 25 ml

Odczynniki :

roztwory metanol - woda o zawartości metanolu :

0.2, 0.4, 0.6 i 0.8 ułamka molowego

aceton cz. (do przemywania piknometrów)

Ćwiczenie wykonały :

Alicja Pawłowska

Mirosława Lipińska

Inż.Ch. rok II gr. II

Wstęp :

Roztwory rzeczywiste, we wszystkich stanach skupienia, nie spełniają równań słusznych dla układów rzeczywistych. aby tę trudność usunąć, wprowadza się pojęcie aktywności zaproponowane przez Lewisa i Randalla.

Aktywność pewnej substancji, w określonych warunkach, będzie to liczba, która podstawiona do dowolnego równania stanu doskonałego, zamiast wartości liczbowej jakiejś, dającej się zmierzyć własności danej substancji, spełni wraz z pozostałymi parametrami to równanie.

Jedną z najważniejszych funkcji w termodynamice chemicznej jest entalpia swobodna (potencjał termodynamiczny).

Potencjał chemiczny roztworu doskonałego wyraża się wzorem :

μ^d_i = μ⁰_i (T,p) + RTlnx_i

gdzie : μ^d_i - potencjał chemiczny składnika i w roztworze doskonałym

μ⁰_i - potencjał standardowy ( potencjał chemiczny czystego składnika i)

x_i - ułamek molowy

R - stała gazowa

T - temperatura bezwzględna

Równanie to można przystosować do mieszanin rzeczywistych wprowadzając zamiast x_i aktywność składnika - a_i, nazywaną aktywnością ułamkową lub aktywnością wyprowadzoną z ułamka molowego.

μ_i = μ⁰_i (T,p) + Rtlna_i

Równanie to definiuje aktywność :

lna_i = μ_i - μ⁰_i (T,p) / RT

Aktywność jest wielkością bezwymiarowa, jest ona funkcją temperatury, ciśnienia i składu roztworu.

Wygodnie jest wprowadzić współczynnik aktywności γ zdefiniowany równaniem :

γ_i = a_i / x_i

Związek współczynnika aktywności z potencjałem chemicznym w roztworze rzeczywistym μ_i i doskonałym μ^d_i jest następujący :

RTlnγ_i = μ_i - μ_i^d

Funkcje termodynamiczne dla całego roztworu możemy uzyskać z ogólnej zależności :

z = Σ n_i Z_i

gdzie z - jest jedną z funkcji ekstensywnych

Funkcje mieszania dla roztworu definiujemy ogólnym równaniem :

z^m = z - Σ n_i Z_i^o T,p = const.

Oprócz termodynamicznych funkcji mieszania opisujących własności roztworów ciekłych, wyróżniamy dużą grupę funkcji termodynamicznych, które nazywamy funkcjami nadmiaru (ekscesu).

Nadmiar danej funkcji z oznaczamy jako z^E i określamy następująco :

z^E = z^m - z^m,d

gdzie : z^m - termodynamiczna funkcja mieszania danego roztworu

z^m,d - funkcja mieszania tego roztworu traktowanego jako roztwór doskonały

Jeżeli roztwór jest doskonały, wtedy :

z^E = 0

Jak więc widać, funkcje nadmiaru charakteryzują odchylenia danego roztworu od roztworu doskonałego. Możemy je stosować zarówno do roztworów doskonałych rozcieńczonych jak i do roztworów doskonałych stężonych.

Funkcja nadmiaru objętości w odniesieniu do roztworów doskonałych w całym zakresie stężeń dla jednego mola roztworu jest równa :

V^E = V - V^d

Cel ćwiczenia :

wyznaczenie ekscesu objętości molowej z pomiarów gęstości roztworów wodnych metanolu.

Obliczenia :

Ułamek molowy CH3OH w roztworze xmet	Gęstość roztworu di [g/cm^3]		Gęstość roztworu średnia droz [g/cm^3]	Objętość molowa roztworu V [cm^3/mol]	Objętość molowa roztworu doskonałego V^d [cm^3/mol]	Eksces objętości molowej V^E [cm^3/mol]
		pom. 1					pom. 2
0,2 0,4 0,5 0,6 0,8	0,9488 0,9088 0,8782 0,8686 0,8253	0,9454 0,9080 0,8770 0,8683 0,8245	0,9471 0,9084 0,8776 0,8684 0,8249	21,9618 25,9797 28,4868 30,4007 35,3982	22,5693 27,0857 29,3439 31,6021 36,1185	-0,6075 -1,1060 -0,8571 -1,2014 -0,7203

---