Nr i tytuł ćwiczenia: Ćwiczenie 1-1. Wyznaczanie ciepła rozpuszczania
Imię i nazwisko osoby prowadzącej ćwiczenia: Bożena Parczewska Plesnar
Data wykonania ćwiczenia	Godz.	Nr grupy studenckiej	Zespół	Nazwiska osób wykonujących ćw.	Pkt za spr
19.03.2013	11-14	1	b	Elżbieta Bernaś Dorota Biernat Dominika Cetera
Uwagi prowadzącego:

1.Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodą wyznaczania ciepła rozpuszczania substancji stałych(kwasu benzoesowego) z pomiarów ich rozpuszczalności w różnych temperaturach.

2.Wstęp teoretyczny:

Ciepło rozpuszczania- jest to efekt energetyczny towarzyszący procesowi rozpuszczania. Rozpuszczanie różni się od reakcji chemicznej tym, że w odróżnieniu do reakcji chemicznej ilość substancji biorących udział w procesie rozpuszczania nie musi spełniać ściśle określonych stosunków masowych. Efekt energetyczny towarzyszący procesowi rozpuszczania zależy nie tylko od rodzaju substancji rozpuszczanej i rozpuszczalnika, ale także od tego czy dana substancja jest wprowadzana do czystego roztworu bądź do roztworu o określonym stężeniu oraz ponadto od wartości początkowego i końcowego stężenia roztworu. Tak więc rozróżnia się kilka rodzajów ciepła rozpuszczania, a mianowicie:

• molowe ciepło rozpuszczania - efekt energetyczny związany z rozpuszczaniem jednego mola danej substancji w określonej liczbie moli czystego rozpuszczalnika

• pierwsze ciepło rozpuszczania - efekt energetyczny związany z rozpuszczeniem jednego mola danej substancji w bardzo dużej ilości rozpuszczalnika, gdy liczba moli rozpuszczalnika dąży do nieskończoności

• pełne ciepło rozpuszczania - efekty energetyczny związany z rozpuszczeniem jednego mola danej substancji w takiej ilości rozpuszczalnika że powstaje roztwór nasycony(o ile taki może się utworzyć).

• cząstkowe ciepło rozpuszczania - efekt energetyczny związany z rozpuszczaniem jednego mola danej substancji w bardzo dużej ilości roztworu o określonym stężeniu tej substancji w tym roztworze.

• ostatnie ciepło rozpuszczania - efekt energetyczny związany z rozpuszczaniem jednego mola danej substancji w bardzo dużej ilości praktycznie nasyconego roztworu względem tej substancji.

Warto dodać, że w tablicach najczęściej podawane są wartości pierwszego ciepła rozpuszczania.

Wartość ciepła rozpuszczania pod stałym ciśnieniem (entalpię rozpuszczania ΔH_r) można wyznaczyć w bezpośrednich pomiarach kalorymetrycznych lub obliczyć z równania izobary van't Hoffa na podstawie danych o rozpuszczalności substancji w danym rozpuszczalniku w różnych temperaturach.

Rozpuszczalność (R_s) to stosunek masy substancji rozpuszczonej do masy rozpuszczalnika:

Najczęściej podawana jest rozpuszczalność substancji w 100g rozpuszczalnika, a więc obliczana z zależności:

Oznacznenia:

m_s - to masa substancji rozpuszczonej

m_r - to masa rozpuszczalnika

Eksperymentalnie rozpuszczalność wyznacza się, wprowadzając do rozpuszczalnika nadmiar substancji rozpuszczanej i wytrząsając lub mieszając roztwór w stałej temperaturze doprowadzając go w ten sposób do stanu równowagi. Następnie po odsączeniu osadu określa się jedną z metod analitycznych stężenie substancji w roztworze nasyconym.

Stałą równowagi (K) procesu oblicza:

(AB)_s↔(AB)_c

Oznaczenia:

(AB)_s - to substancja rozpuszczana występująca w fazie stałej

(AB)_c - to substancja rozpuszczana występująca w roztworze nasyconym,

Z danej zależności:

Ze względu na to że w powyższym wyrażeniu wielkość [AB]_s ma stałą wartość, zależną jedynie od powierzchni fazy stałej która praktycznie jest stała, więc stałą równowagi (K) oblicza się z danego rówania

K=[AB]_c

Gdzie [AB]_c jest równa rozpuszczalności badanej substancji, czyli R_s

Wpływ temperatury na tę równowagę opisuje równanie izobary van't Hoffa:

Oznaczenia:

K - stała równowagi, równa rozpuszczalności (R_s) w temperaturze T

ΔH - entalpia rozpuszczania, czyli efekt energetyczny związany z procesem rozpuszczania substancji w danej temperaturze i pod stałym ciśnieniem (prowadzący do otrzymania roztworu nasyconego).

Całkując równanie
² w przedziale temperatur T₁-T₂ - przy założeniu, że ΔH nie zmienia się w tym zakresie temperatury, otrzymuje się wyrażenie na entalpię rozpuszczania:

Oznaczenia:

K₂ i K₁ - rozpuszczalność substancji odpowiednio w temperaturze T₂ i T₁

R - stała gazowa równa 8,313 J∙mol^-1∙K^-1

3. Wykonanie ćwiczenia

Na wadze technicznej odważamy mniej więcej po 2 g kwasu benzoesowego i przenosimy go do 4 ponumerowanych kolb stożkowych z korkiem na szlif o pojemności 100 cm³. Do każdej kolby dodajemy po 80 cm³ wody destylowanej, która została odmierzona cylindrem oraz podgrzana do temperatury około 60°C. Dwie kolby wkładamy do wytrząsarki na około 30 minut, a pozostałe wytrząsamy ręcznie i wkładamy do łaźni parowej o temperaturze 40°C. Ważymy na wadze technicznej 4 puste kolby stożkowe o pojemności 250 cm³. Następnie bez wyjmowania kolb z termostatów pobiera się kolejno, pipetą o objętości 25 cm³ (z nasuniętym na jej koniec wężykiem gumowym, zawierającym zatyczkę z waty w charakterze sączka) i 50 cm³ z kolb wytrząsanych na wytrząsarce, nasycony roztwór badanej substancji. Pobrane roztwory przenosi się do zważonych kolb stożkowych. Kolby wraz z roztworem ważymy się na wadze analitycznej. Zważając na to, ze mamy do czynienia z kwasem benzoesowym, przeprowadzamy miareczkowanie mianowanym roztworem NaOH wobec fenoloftaleiny.

4.Opracowanie wyników

1. obliczanie Δm z różnicy mas kolby z nasyconym roztworem kwasu benzoesowego i kolby pustej

Nr. kolby	Masa pustej kolby stożkowej[g]	Masa kolby z roztworem [g]	Δm [g]
1	133,18	183,90	50,72
3	109,02	133,98	24,96
4	128,64	153,63	24,99

2. obliczanie gęstości roztworów stosując wzór
   ,

gdzie: V_r - objętość kwasu przed miareczkowaniem

Nr. kolby	Δm [g]	Vr [cm^3]	dr [g/cm^3]
1	50,72	50	1,0144
3	24,96	25	0,9984
4	24,99	25	0,9996

3. obliczanie stężenia molowego kwasu benzoesowego ze wzoru:

gdzie V_kwasu - objętość roztworu przed miareczkowaniem, c_kwasu - stężenie molowe kwasu benzoesowego w roztworze, V_NaOH - objętość mianowanego roztworu NaOH użyta podczas miareczkowania, c_NaOH - stężenie mianowanego roztworu NaOH (0,1003 mol/dm³)

Nr. kolby	VNaOH [cm^3]	cNaOH [mol/dm^3]	Vkwasu [cm^3]	ckwasu [mol/dm^3]
1	16,5	0,1003	50	0,0331
3	9,4	0,1003	25	0,03771
4	9,6	0,1003	25	0,03852

• Kolba numer 1 - c_kwasu=0,1003mol∙dm^-3∙16,5cm³/50cm³=0,0331 mol∙dm^-3

• Kolba numer 3 - c_kwasu=0,1003mol∙dm^-3∙9,4/25cm³=0,03771 mol∙dm^-3

• Kolba numer 4 - c_kwasu=0,1003mol∙dm^-3∙9,6/25cm³=0,03852 mol∙dm^-3

d) obliczenie rozpuszczalności z zależności:

K=

gdzie: c_r - stężenie molowe wyznaczone metodą miareczkowania alkacymetrycznego roztworu nasyconego w danej temperaturze [mol/dm³], M_s - masa molowa substancji (dla kwasu benzoesowego = 122,12 g/mol), d_r - gęstość roztworu nasyconego danej substancji [g/dm³].

Nr. kolby	cr [mol/dm^3]	dr [g/dm^3]	Rs [g/100 cm^3 H2O]
1	0,0331	1014,4	0,3984
3	0,03771	998,4	0,46125
4	0,03852	999,6	0,4705

• Kolba numer 1-R_s=(0,0331mol∙dm^-3∙122,12g∙mol^-1/1014,4g∙dm^-3)∙100 =0,3984g/100 g H₂O

• Kolba numer 3-R_s=(0,03771mol∙dm^-3∙122,12g∙mol^-1/998,4g∙dm^-3)∙100 =0,46125g/100 g H₂O

• Kolba numer 4-R_s=(0,03852mol∙dm^-3∙122,12g∙mol^-1/999,6g∙dm^-3)∙100 =0,4705g/100 g H₂O

e) wyznaczenie entalpii procesu rozpuszczania,

T₁ K₁ = R_{1 =} 0,3984/100g H₂O

K
=(R₃+R₄)/2=(0,46125g+0,4705g)/2=0,465875g/100g H₂O

gdzie: K₂ i K₁ - rozpuszczalność substancji w temperaturach T₂ i T₁,

R - stała gazowa = 8,313[
], T₁ - 296,0 K, T₂ - 313,0K.

Podstawiając dane do wzoru otrzymujemy:

∆H=8,313J∙mol^-1∙K^-1(ln 0,465875/0,3984)∙[313,0 K∙296,0 K/(313,0K−296,0K)]=7088,4379J∙mol^-1

Wyznaczanie entalpii rozpuszczania biorąc pod uwagę kąt nachylenia prostej:

a=-ΔH/R

ΔH=-aR= -(-507,37K∙ 8,313J/mol∙K=4217,767 J/mol

5.Wnioski

Rozpuszczalność kwasu wzrasta wraz ze wzrostem temperatury.

Porównując metodę teoretyczną………. z metodą algebraiczna…….. można wywnioskować iż uzyskujemy zbliżone wyniki co mówi nam o prawidłowości zastosowanej metodzie . Zapoznałyśmy się z metodą wyznaczania ciepła rozpuszczania substancji w stanie stałym z pomiarów jej rozpuszczalności w różnych temperaturach. Wszelkie wartości, które różnią się od siebie na wykresie mogą być spowodowane błędami podczas miareczkowania, błędami pomiarowymi, ochłodzeniem się roztworu, oraz wytrąceniem części kwasu. Nie zrobiłyśmy miareczkowania jednej kolby z powodu skrystalizowania się roztworu w pipecie co wynika z tego, że ciepło rozpuszczania substancji było zbyt wysokie gdyż ogrzałyśmy pipetę wodą o zbyt niskiej temperaturze.

---