14.12.2010r.
Wtorek 13:30
Wyznaczanie nadmiaru molowej objętości mieszania dla układu dwuskładnikowego
Paulina Krzemińska i Kaja Fac
Celem doświadczenia było wyznaczenie zależności nadmiaru molowej objętości mieszaniny dwóch substancji ciekłych od składu z wykorzystaniem piknometrycznego pomiaru gęstości mieszaniny ciekłej.
W naszym doświadczeniu ważyłyśmy siedem piknometrów. Najpierw puste naczynka, następnie z odpowiednią mieszaniną, a na zakończenie każde naczynko napełnione wodą. Pomiary były przeprowadzane dwukrotnie.
W poniższej tabeli przedstawiamy wyniki naszych pomiarów:
| Masa pustego naczynka [g] | Masa naczynka z cieczą [g] | Masa naczynka z wodą [g] | |
|---|---|---|---|
| stosunek objętości acetonu do heksanu | Pomiar 1 | Pomiar 2 | Pomiar 1 |
| 1:0 | 33,4770 | 33,4760 | 55,4020 |
| 3:1 | 30,8320 | 30,8320 | 52,5730 |
| 2:1 | 32,8480 | 32,8460 | 51,0850 |
| 1:1 | 27,8430 | 27,8420 | 49,1420 |
| 1:2 | 32,4770 | 32,4790 | 50,6600 |
| 1:3 | 31,7120 | 31,7110 | 50,5150 |
| 0:1 | 37,7170 | 37,7350 | 54,6310 |
Z powyższych mas policzyłyśmy średnie i odjęłyśmy masy naczynek z cieczą od mas pustych naczynek, aby obliczyć masy cieczy w piknometrach. To samo zrobiłyśmy z uśrednionymi masami naczynek z wodą, czyli odjęłyśmy od nich średnie masy pustych naczynek. Wyniki obliczeń prezentujemy w poniższej tabeli:
| Stosunek objętości acetonu do heksanu | Średnia masa pustego naczynka [g] | Średnia masa naczynka z cieczą [g] | Masa cieczy [g] | Średnia masa naczynka z wodą [g] | Masa wody [g] |
|---|---|---|---|---|---|
| 1:0 | 33,4765 | 55,4005 | 21,9240 | 61,1545 | 27,6780 |
| 3: 1 | 30,8320 | 52,5700 | 21,7380 | 60,0580 | 29,2260 |
| 2: 1 | 32,8470 | 51,0830 | 18,2360 | 55,8475 | 23,0005 |
| 1:1 | 27,8425 | 49,1365 | 21,2940 | 55,8960 | 28,0535 |
| 1:2 | 32,4780 | 50,6570 | 18,1790 | 57,8555 | 25,3775 |
| 1:3 | 31,7115 | 50,5120 | 18,8005 | 56,3485 | 24,6370 |
| 0:1 | 37,7260 | 54,6310 | 16,9050 | 62,6375 | 24,9115 |
Dzięki powyższym wynikom i metodzie porównawczej możemy obliczyć gęstości poszczególnych substancji i mieszanin. Naszą substancją wzorcową jest woda, której gęstość w temperaturze 22oC wynosi 0,99777[g/cm3]1. Gęstości poszczególnych mieszanin obliczymy ze wzoru:
$$\rho = \frac{m \bullet \rho_{o}}{m_{o}}$$
Po podstawieniu otrzymałyśmy następujące wyniki:
| Stosunek objętości acetonu do heksanu | gęstość mieszaniny [g/cm3] |
|---|---|
| 1:0 | 0,7903 |
| 3:1 | 0,7421 |
| 2:1 | 0,7911 |
| 1:1 | 0,7574 |
| 1:2 | 0,7147 |
| 1:3 | 0,7614 |
| 0:1 | 0,6771 |
Na podstawie uzyskanych wartości gęstości policzyłyśmy molowy nadmiar objętości według poniższego wzoru:
$$V^{E} = x_{1}M_{1}\left( \frac{1}{\rho_{x}} - \frac{1}{\rho_{1}} \right) + x_{2}M_{2}\left( \frac{1}{\rho_{x}} - \frac{1}{\rho_{2}} \right)$$
Gdzie:
xi – ułamek molowy substancji i,
Mi – masa molowa substancji i,
ρx i ρi – gęstości cieczy o składzie x oraz gęstość substancji o składzie i
Masa molowa acetonu wynosi 58,08 [g/mol], a masa molowa heksanu 86,18 [g/mol].
Po podstawieniu do wzoru naszych danych otrzymałyśmy następujące wartości molowego nadmiaru objętości:
| Stosunek objętości acetonu do heksanu | Molowy nadmiar objętości [cm3] |
|---|---|
| 1:0 | 0 |
| 3:1 | 0,7917 |
| 2:1 | -6,1596 |
| 1:1 | -5,1445 |
| 1:2 | -1,8797 |
| 1:3 | -9,8719 |
| 0:1 | 0 |
Wykresy zależności molowego nadmiaru objętości od składu:
Wnioski:
Niestety nasze wykresy znacznie odbiegają od oczekiwanych wartości. Spodziewałyśmy się otrzymać wykres o wyglądzie wielomianu drugiego lub trzeciego stopnia. Najprawdopodobniej nasze wyniki były spowodowane złym wymieszaniem składników roztworów lub problemami technicznymi (w trakcie przeprowadzania doświadczenia miałyśmy jeden nieszczelny piknometr).
„Poradnik Fizykochemiczny” WNT Warszawa 1973↩