Paweł Paśnikowski Bydgoszcz 12.10.1999r.
Leszek Piechowiak
Grupa D
Ćw.nr.19
WYZNACZANIE CIEPŁA MOLOWEGO ROZPUSZCZNIA
SOLI W WODZIE
1.Wstęp teoretyczny.
Rozpuszczanie jest to mieszanie się substancji ciekłej, stałej lub gazowej z rozpuszczalnikiem, w wyniku czego powstaje roztwór. Miarą rozpuszczania jest maksymalna ilość substancji rozpuszczającej się w określonej ilości rozpuszczalnika w danej temperaturze i pod danym ciśnieniem.
Proces rozpuszczania jest procesem samorzutnym. Rozpuszczanie ciała stałego w ciekłym rozpuszczalniku przebiega w trzech etapach:
• niszczenie sieci krystalicznej ciała stałego
• sotwacja (łączenie z cząstkami rozpuszczalnika w większe zespoły) odrywanych elementów sieci
• dyfuzja substancji rozpuszczonej w głąb rozpuszczalnika i rozpuszczalnika do powierzchni ciała rozpuszczonego
Zjawisku rozpuszczania ciała stałego w cieczy towarzyszą procesy energetyczne. Rozerwanie cząstek ciała rozpuszczonego wymaga pewnej ilości energii, co prowadzi do oziębienia roztworu.
Ciepłem rozpuszczania- nazywamy ilość ciepła potrzebną do jednostki masy w pewnej ilości rozpuszczalnika.
Ilość energii cieplnej potrzebna do ogrzania 1kg dowolnego ciała o jeden Kelwin jest jedną z podstawowych cech charakterystycznych ciała i nazywa się ciepłem właściwym c [ J*kg-1*K1]
Molowym ciepłem rozpuszczania w danej temperaturze nazywamy ilość ciepła potrzebną do rozpuszczenia 1 mola substancji w określonej liczbie moli rozpuszczalnika.
2.Wykonanie ćwiczenia.
Aby wyznaczyć molowe ciepło rozpuszczenia ciała stałego musielibyśmy 1 mol tej substancji rozpuścić w n molach rozpuszczalnika. Zamiast 1 mola ciała stałego można wziąć pewną dogodniejszą ilość ciała rozpuszczanego (ms
=6g NH4Cl). Musimy wówczas obliczyć masę mw konieczną do tego, aby roztwór miał żądane stężenie
, gdzie:
Mw- masa molowa rozpuszczalnika
Ms- masa molowa ciała stałego
Mw H2o = 2*1g+1*16g=18g Mw= 18g
Ms (NH4Cl) = 1*14g+4*1g+1*35,5g= 53,5g
1 mol - 5305g
x mol - 6g
x= 0,11 mola
Molowe ciepło rozpuszczalnika Qr możemy łatwo wyznaczyć, gdy proces przebiega w kalorymetrze.
Kalorymetr, przyrząd służący do pomiaru całkowitej energii wydzielonej w danym procesie. Klasyczne kalorymetry (cieczowe, masywne, itp.) zbudowane są z pojemnika otaczającego przestrzeń, w której zachodzi badany proces, przy czym zapewnione są jak najlepsze warunki wymiany ciepła pomiędzy pojemnikiem a przestrzenią pomiarową oraz jak najlepsza izolacja cieplna względem otoczenia, temperatura medium wypełniającego pojemnik jest ściśle mierzona.
Naczynie wewnętrzne z mieszadełkiem i termometrem wstawiamy do kalorymetru i mierzymy temperaturę wody co 30s, aż do stwierdzenia, że warunki cieplne się ustaliły.
Czas[s] |
0 |
30 |
60 |
120 |
Temp.H2o |
19,7 |
20,7 |
20,9 |
20,9 |
Tp=20,9oC
Następnie wsypujemy sól do kalorymetru. Mieszamy roztwór i co 30s.odczytujemy wskazania termometru do czasu aż temperatura zacznie wzrastać.
Czas[s] |
0 |
30 |
60 |
120 |
150 |
180 |
210 |
240 |
Temp.sól+H2o |
20,9 |
20,4 |
19,9 |
19,8 |
19,7 |
19,9 |
20,1 |
20,1 |
Tk=20,1oC
Obliczamy molowe ciepło rozpuszczania Qr
gdzie:
mk= (91,290
0,010)g - masa kalorymetru z mieszadełkiem i pokrywką
ck= (0,892*103 J\kg*K - ciepło właściwe kalorymetru
cw= 4,186*103 J\kg*K - ciepło właściwe wody
6,6126 J*kg
3.Błąd pomiaru.
gdzie
- błąd pomiaru masy 0,02g=0,00002kg
- błąd pomiaru temperatury 0,10C
=±0,027 J*kg