Grupa 24 Zespół 7 |
Ćwiczenie nr 3 |
Data: 22 03 2001 |
Henryka Puzio Joanna Durzyńska Kinga Warmuz |
Wyznaczanie stałej kalorymetru. |
Ocena: |
1.Wstęp teoretyczny.
Ciepło rozpuszczania Qrozp jest to ciepło wydzielone w procesie rozpuszczenia 1 mola substancji w n-molach rozpuszczalnika. Jego wartość zależy od rodzaju substancji i rozpuszczalnika oraz jego ilości. Towarzyszące rozpuszczaniu ciepło jest sumą dwóch efektów:
- zniszczenia sieci krystalicznej substancji rozpuszczanej, kosztem pobrania z otoczenia (w postaci ciepła) energii równej tzw. energii sieciowej (wielkość ta zależy od elektroujemności jonów, ich wielkości, struktury krystalicznej)
- solwatacji jonów przez cząsteczki rozpuszczalnika (wielkość ta zależy od polarności rozpuszczalnika, przenikalności dielektrycznej i zdolności do tworzenia wiązań koordynacyjnych). Ciepło rozpuszczania może być zarówno dodatnie, jak i ujemne. Zależy to od wzajemnego stosunku wielkości energii sieciowej do energii solwatacji.
Pomiar ciepła pochłoniętego lub wydzielonego w reakcjach chemicznych wyznacza się za pomocą kalorymetru. Dokładny pomiar ciepła reakcji możliwy jest tylko dla nielicznych spośród wielu istniejących reakcji chemicznych. Precyzyjne pomiary kalorymetryczne można wykonać jedynie w przypadku reakcji przebiegających szybko, do końca i bez procesów ubocznych. Szybkość reakcji powinna być taka, by wydzielanie lub pochłanianie ciepła następowało w krótkim okresie czasu. Łatwiej jest wówczas uniknąć odpływu ciepła z układu reakcyjnego lub dopływu ciepła do tego układu podczas pomiaru zmiany temperatury układu.
Szczególnie dogodne do pomiarów kalorymetrycznych są organiczne reakcje spalania. Na ogół jedynymi produktami spalania w nadmiarze tlenu związków organicznych zawierających tylko węgiel, wodór i tlen są CO2 i H2O. W przypadku związków zawierających inne pierwiastki, produkty nie są zawsze tak wyraźnie zdefiniowane, pomiary kalorymetryczne są jednak często możliwe.
W układzie zamkniętym, o stałej objętości W=0 (układ w którym nie ma pracy elementarnej), zatem zmiana energii wewnętrznej równa jest: U=0. Na podstawie tego założenia wprowadza się pojemność cieplną. W zależności od warunków reakcji, mamy pojemność cieplną w stałej objętości i pojemność cieplną przy stałym ciśnieniu. Przyrost temperatury jest proporcjonalny do ilości doprowadzonego lub odprowadzonego ciepła do lub z układu(gdy zmiany temperatury są nieznaczne): T=q. Dla jednego mola substancji ciepło molowe można określić: C=
Dla gazów doskonałych ciepło molowe ma wartość stałą w zakresie temperatur, natomiast w przypadku gazów półdoskonałych i rzeczywistych ciepło molowe można określić za pomocą szeregu potęgowego, którego wartość zmienia się wraz ze wzrostem temperatury C= a + bT + cT2..., gdzie a,b,c - stałe charakterystyczne dla danego gazu. Należy dodać, że w przypadku gazów doskonałych zachodzi zależność: Cp - Cv = R( uniwersalna stała gazowa; R = 8,314 J/mol K). Różnica Cp - Cv dla cieczy i ciał stałych jest nieduża co tłumaczy się małą rozszerzalnością cieplną.
2.Zestawienie wyników pomiarów.
Korzystając z wyrażenia y =82.034 - 53.0621*logx , gdzie x -wynik odczytów w [kΩ]
y - temperatura w [°C]
Obliczamy temperaturę dla poszczególnych wyników pomiarów:
Lp. |
Czas [min] |
x [k] |
y[C] |
|
|
|
|
1 |
0,5 |
13,64 |
21,82 |
2 |
1 |
13,60 |
21,89 |
3 |
1,5 |
13,60 |
21,89 |
4 |
2 |
13,60 |
21,89 |
5 |
2,5 |
13,61 |
21,87 |
6 |
3 |
13,59 |
21,90 |
7 |
3,5 |
13,60 |
21,89 |
8 |
4 |
13,60 |
21,89 |
9 |
4,5 |
13,42 |
22,19 |
10 |
5 |
13,40 |
22,23 |
11 |
5,5 |
13,39 |
22,24 |
12 |
6 |
13,37 |
22,28 |
13 |
6,5 |
13,35 |
22,31 |
14 |
7 |
13,34 |
22,33 |
15 |
7,5 |
13,33 |
22,35 |
16 |
8 |
13,31 |
22,38 |
17 |
8,5 |
13,29 |
22,42 |
18 |
9 |
13,27 |
22,45 |
19 |
9,5 |
13,26 |
22,47 |
20 |
10 |
13,24 |
22,50 |
21 |
10,5 |
13,23 |
22,52 |
22 |
11 |
13,21 |
22,56 |
23 |
11,5 |
13,17 |
22,63 |
1
1