Sara Nastałek

Wydział Biotechnologii i Nauk o Żywności

Kierunek: Technologia Żywności i Żywienia Człowieka

Poniedziałek 12¹⁵-16⁰⁰

15

Ćwiczenie nr 13

WYZNACZANIE CIEPŁA KRZEPNIĘCIA SUBSTANCJI KRYSTALICZNEJ

Data wykonania………………..………………….

Data oddania………………………………………

Sara Nastałek

Wydział Biotechnologii i Nauk o Żywności

Kierunek: Technologia Żywności i Żywienia Człowieka

Poniedziałek 12¹⁵-16⁰⁰

15

Ćwiczenie nr 15

WYZNACZANIE CIEPŁA SPALANIA

Data wykonania………………..………………….

Data oddania………………………………………

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie ciepła krzepnięcia tiosiarczanu sodu.

Wstęp teoretyczny:

Ciepło jest jednym ze sposobów przeniesienia energii między układem a otoczeniem. Wymiana ciepła jest spowodowana różnicą temperatur pomiędzy układem i otoczeniem.

Z molekularnego punktu widzenia wymiana ciepła jest skutkiem bezwładnych ruchów termicznych cząsteczek. Ciepło dostarczone do układu z otoczenia oznaczamy jako dodatnie, a proces, w którym ciepło pobierane jest z otoczenia nazywamy procesem endotermicznym. Ciepło przeniesione od układu do otoczenia jest ujemne, a proces, w którym ciepło oddawane jest do otoczenia jest procesem egzotermicznym.
Ciepło jest funkcją drogi, co oznacza, że jego wartość zależy od sposobu (drogi) osiągnięcia przez układ danego stanu.

Ciepło krzepnięcia tiosiarczanu sodu q_krz, czyli ilość ciepła wymienioną z otoczeniem podczas procesu krzepnięcia obliczamy korzystając z wyznaczonej pojemności cieplnej kalorymetru:

gdzie n_tio jet liczbą moli tiosiarczanu.

Kalorymetr – urządzenie służące do pomiaru ciepła wydzielonego lub pobranego podczas przemian fizykochemicznych. W doświadczeniu wykorzystujemy kalorymetr diatermiczny, w którym istnieje ograniczona wymiana ciepła z otoczeniem. Składa się z izolowanego cieplnie naczynia napełnionego wodą zaopatrzonego w termometr i mieszadło, w którym przeprowadza się badaną reakcję i śledzi przebieg temperatury w czasie.

Wymianę ciepła pomiędzy naczyniem, w którym zachodzi proces, którego efekt cieplny badamy a otaczającym medium, np. wodą, można opisać równaniem bilansu cieplnego:

q=K(ΔT+∑ϑ)

q - ciepło wymienione pomiędzy naczyniem kalorymetrycznym i otaczającym je medium

K - pojemność cieplna kalorymetru

(ΔT+Δϑ) - różnica temperatur, uwzględniająca poprawkę , związaną z niedoskonałą izolacją kalorymetru. Wielkość tą wyznaczamy z wykresu T=f(t).

Pojemność cieplną kalorymetru K oblicza się ze wzoru:

K – pojemność kalorymetru

n_kwas – ilość moli stężonego kwasu siarkowego

q_r – ciepło rozpuszczania kwasu siarkowego w wodzie

Prawo Kirchhoffa - opisuje zależność ciepła reakcji (w zależności od warunków entalpii bądź energii wewnętrznej reakcji) od temperatury. Umożliwia obliczenie ciepła reakcji w dowolnej temperaturze. Dla reakcji izobarycznych, w których ciepło jest równe zmianie entalpii:

T₁ – temperatura w jakiej przeprowadzane było doświadczenie, w tym wypadku 293K

T₂ – temperatura równowagowa krzepnięcia tiosiarczanu sodu 321K

c_p – ciepła molowe

v – ilości moli poszczególnych substratów i produktów w równaniu

Δ_rH_T2 – zmiana entalpii reakcji w temperaturze T₂

Δ_rH_T1 – zmiana entalpii reakcji w temperaturze T₁

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenie jest wyznaczenie ciepła spalania krystalicznej substancji organicznej.

Wstęp teoretyczny:

Ciepło jest jednym ze sposobów przeniesienia energii między układem a otoczeniem. Wymiana ciepła jest spowodowana różnicą temperatur pomiędzy układem i otoczeniem. Z molekularnego punktu widzenia wymiana ciepła jest skutkiem bezwładnych ruchów termicznych cząsteczek. Ciepło dostarczone do układu z otoczenia oznaczamy jako dodatnie, a proces, w którym ciepło pobierane jest z otoczenia nazywamy procesem endotermicznym. Ciepło przeniesione od układu do otoczenia jest ujemne, a proces, w którym ciepło oddawane jest do otoczenia jest procesem egzotermicznym. Ciepło jest funkcją drogi, co oznacza, że jego wartość zależy od sposobu (drogi) osiągnięcia przez układ danego stanu.

Reakcja spalania reakcja łączenia pierwiastka lub związku chemicznego z tlenem, w wyniku czego powstają produkty nie mogące ulec dalszemu spaleniu. Dla związków organicznych zawierających wodór i węgiel produktami tymi są woda i CO₂ (ale nie CO). Jeżeli spalany związek organiczny zawiera także azot i siarkę, to powstają azot cząsteczkowy, N₂ oraz SO₃ (ale nie SO₂). Z powyższej definicji wynika, że termochemiczne spalenie powinno odbywać się w nadmiarze tlenu.

Bomba kalorymetryczna, element składowy kalorymetrów nieizotermicznych, które służą do pomiaru ciepła spalania.

Jest to grubościenne naczynie o kształcie cylindrycznym, z uszczelnioną pokrywą, wykonane najczęściej ze stali kwasoodpornej. Przy zachowaniu stałej objętości spala się w niej znaną ilość substancji za pomocą czystego tlenu, rejestrując jednocześnie zmiany temperatury.

Pojemność cieplna kalorymetru K jest definiowana jako ilość ciepła potrzebna do podwyższenia temperatury kalorymetru o jeden stopień. Pojemność tą można wyznaczyć dostarczając do kalorymetru określoną ilość ciepła i mierząc przyrost temperatury.

Pojemność cieplną kalorymetru oblicza się z zależności:

K – pojemność cieplna [J/K]

m_kw – masa kwasy benzoesowego [g]

(q_v,sp)_wz – gramowe ciepło spalania kwasu benzoesowego [J/g]

ΔT+∑ϑ - przyrost temperatury z poprawkami [K]

Czas [min]	Temperatura []
Czas [min]	Temperatura []
Czas [min]	Temperatura []
Czas [min]	Temperatura []