Nr grupy 23

GR. 34 Zespół nr 1

Ćwiczenie: 1 (poprawa)

Temat: Wyznaczanie ciepła parowania cieczy z pomiarów prężności pary metodą izoteniskopową.

Część teoretyczna.

Temperatura wrzenia jest to temperatura, w której prężność pary nad roztworem równa jest ciśnieniu zewnętrznemu.

Pomiaru prężności pary dokonuje się zazwyczaj dwoma metodami:

a) dynamiczną, w której ustala się w aparaturze określone ciśnienie pary nasyconej, a następnie mierzy się temperaturę wrzenia pod tym ciśnieniem;

b) statyczną, w której przy ustalonej temperaturze mierzymy prężność pary nasyconej. Pomiaru dokonujemy dla różnych temperatur. Metodę tą nazywamy też izoteniskopową.

Rys. Schemat aparatury próżniowej do izoteniskopowego pomiaru prężności pary cieczy:

A - manometr rtęciowy, B - zbiornik buforowy, C - izoteniskop, D - naczynko termostatowe,

E - rurka kapilarna, F - mały zbiornik buforowy, G - chłodnica

Opis wykonania ćwiczenia:

Do zbiorniczka K i manometru M izoteniskopu nalewamy toluenu, tak aby jego poziom był w przyblizeniu taki jak na powyższym rysunku. Zanurzamy izoteniskop w naczynku termostatowym, włączamy obieg wody chłodzącej i ustalamy pierwszą temperaturę pomiarową. Przy zamkniętych kranach 1 i 3 oraz otwartym kranie 2 włączamy pompę, a nastepnie wolno otwieramy kran 1, tak aby słup rtęci w manometrze rtęciowym opadał z nieznaczą szybkością. Przy pewnym ciśnieniu przez toluen w manometrze M izoteniskopu zaczną przedostawać się banieczki powietrza znad poziomu toluenu do zbiorniczka K. Przez regulację kranu 1 można szybkość przedostawania się banieczek ustalić na nieznacznym poziomie. Proces odpowietrzania prowadzimy około 5 minut. Po odpowietrzeniu zbiorniczka K odcinamy próżnię przez zakręcenie kranu 1, wpuszczamy do aparatury niewielką ilość powietrza przez chwilowe otwarcie kranu 3, co spowoduje zmniejszenie „rzucania” toluenu w manometrze M. Kolejne otwarcia kranu 3 doprowadzają do wyrównania się poziomów toluenu w manometrze M. Oznacza to, że cisnienie pary nasyconej nad toluenem w zbiorniczku K jest równe ciśnieniu powietrza w aparaturze. To ostatnie odczytujemy na manometrze rtęciowym, jako różnicę poziomów rtęci w milimetrach. Analogicznie postepujemy przy kolejnych temperaturach. Jeżeli jednak w trakcie wyrównywania poziomów toluenu w manometrze M pęcherzyk powietrza przedostanie się do zbiorniczka K, pomiar rozpoczyna się od początku.

Część obliczeniowa.

W ćwiczeniu wyznaczamy ciepło parowania toluenu:

- masa molowa M=92,14 g/mol

- temperatura wrzenia T_wrz=110,62 *C

- gęstość d=0,866÷0,867 g/cm³

- entalpia parowania w temp. wrzenia ΔH_wrz=43,47 kJ/mol

Obliczenia na podstawie równania Clausiusa-Clapeyrona:

-kąt nachylenia prostej

Z regresji liniowej powyższego wykresu odczytujemy kąt nachylenia prostej, którego tangens jest równy współczynnikowi kierunkowemu prostej wykresu.

H = -8,314 ⋅ (-4254, 4)

H = 35,375 kJ/mol

Wartość tablicowa ΔH toluenu wynosi 33,32[kJ/mol]. Wyznaczona przez nas entalpia parowania toluenu wynosi 35,375[kJ/mol]. Na błąd złożyć się mogło kilka powodów m.in. niedokładnie odczytywana różnica poziomów rtęci w U-rurce, a także przedostanie się pęcherzyków powietrza do zbiorniczka z toluenem. Największą trudność przy pomiarze stanowiło operowanie zaworem doprowadzającym powietrze i to mogła być jedna z głównych przyczyn błędu.

Lp	T[K] 310	T[K] 315	T[K] 323	T[K] 328	T[K] 334
Lp		p [mmHg]	p [mmHg]	p [mmHg]	p [mmHg]	p [mmHg]
1	45	54	75	89	118
2	42	55	73	88	114
3	41	52	72	91	116
4	p_śred = 42,7	p_śred = 53,7	p_śred = 73,3	p_śred = 89,3	p_śred = 116,0

Lp.	T [K]	p [Pa]	1/T	lnp
1	310,15	5688,9	0,00322	8,6463
2	315,15	7155,6	0,00317	8,8756
3	323,15	9777,8	0,00309	9,1879
4	328,15	11911,1	0,00305	9,3852
5	334,15	15466,7	0,00299	9,6464