7.III.2003

Zakład Chemii Fizycznej

Laboratorium Studenckie

ĆWICZENIE nr 9

TEMAT:

WYZNACZANIE CIEPŁA PAROWANIA HEKSANU Z POMIARU PRĘŻNOŚCI PARY OD TEMPERATURY .

Aleksander Skrzypczak

Jacek Zdyb

Inżynieria chemiczna

Grupa III Rok II

WSTĘP

W układzie dwufazowym ciecz - para cząsteczki w warstwie powierzchniowej lustra cieczy obdarzone wystarczającą energią mogą opuścić ciecz przechodząc w fazę gazową, wypełniającą pozostałą część zamkniętego naczynia, w którym dana ciecz się znajduje. Intensywność tego procesu wzrasta ze wzrostem temperatury. W miarę wzrostu stężenia cząsteczek w fazie gazowej obserwuje się proces odwrotny tj. przechodzenie pewnej liczby cząsteczek w fazę ciekłą. Jest to proces skraplania .W miarę upływu czasu szybkość parowania maleje , a szybkość skraplania rośnie. Gdy szybkości obydwu procesów zrówna się wtedy ustali się stan równowagi dynamicznej. Równowagę tą charakteryzuje właściwa dla danej cieczy prężność pary nasyconej w danej temperaturze. Prężność pary nasyconej nie zależy od ilości substancji znajdującej się w poszczególnych fazach ani też od zajmowanych przez nią objętości Jest ona głównie funkcją temperatury i stanowi miarę stężenia substancji w fazie gazowej. Przy ponownych podgrzaniu układu zamkniętego rośnie temperatura. I zostaje zachwiany stan równowagi. Wzrasta energia cząsteczek , rośnie szybkość parowania , maleje szybkość skraplania , wzrasta prężność pary nad roztworem. Ponownie ustala się stan równowagi na innym poziomie temperatury. Każdej temperaturze T odpowiada właściwa dla niej prężność pary nasyconej p. Gdy prężność pary nad cieczą w otwartym naczyniu stanie się równa ciśnieniu zewnętrznemu, wtedy parowanie zachodzi w całej objętości cieczy, jest to proces wrzenia. Gdy ciśnienie zewnętrzne jest równe 1 atmosferze, odpowiadająca mu temperatura nosi nazwę normalnej temperatury wrzenia. Krzywa będąca miejscem geometrycznym punktów, charakteryzujących stan równowagi między fazami ciekłą i gazową nosi nazwę krzywej parowania. Krzywa ta urywa się w punkcie krytycznym, gdzie zanika różnica między cieczą i parą, a powyżej istnieje tylko jedna faza - gazowa.

Proces parowania wymaga dostarczenia do układu pewnej ilości energii na sposób ciepła , która w odniesieniu do 1 mola danej cieczy nosi nazwę molowego ciepła parowania ΔH i jest zużywana na zwiększenie energii cząsteczek opuszczających ciecz ( wewnętrzne ciepło parowania L_i ) oraz na pracę A rozszerzenia układu od objętości molowej cieczy do objętości molowej pary przeciw ciśnieniu zewnętrznemu p :

A = p ( V^(g) - V^(c) ) (1)

Molowe ciepło parowania jest sumą obydwu tych udziałów :

L = L_i + p ( V^(g) - V^© ) (2)

W dużym oddaleniu od punktu krytycznego V^(g)>>V^© wzór drugi upraszcza się do postaci :

L = L_i + pV^(g) = L_i + RT (3)

Ciepło parowania zmniejsza się ze wzrostem temperatury.

Proces parowania jest przemianą pierwszego rzędu (pierwszego rodzaju ) tj. taką, w której skokowo zmieniają się wartości pierwszych pochodnych potencjału termodynamicznego. Inne funkcje, np. entalpia molowa, entropia molowa, molowa energia wewnętrzna, molowa objętość i molowe ciepło właściwe w punkcie przemiany wykazują nieciągłość.

Relacje między ciśnieniem równowagowym i temperaturą wyraża równanie Clausiussa - Clapeyrona :

(4)

Po rozdzieleniu zmiennych i scałkowaniu równanie to ma postać :

(5)

gdzie : ΔH jest molowym ciepłem parowania cieczy.

1. Zestawienie danych uzyskanych w trakcie wykonywania doświadczenia :

Ciśnienie atmosferyczne wynosi : p_atm. = 767 mm Hg.

T [C]	T [K]	1 / T =xi	h1 [mmHg]	h2 [mmHg]	h [mmHg]	p=patm - h	lg p=yi	xiyi	xi^2
21,1	294,25	0,00340	696	75	621	146	2,16435	0,00736	1,156×10^-5
25,2	298,35	0,00335	686	88	598	169	2,22789	0,00746	1,122×10^-5
29,1	302,25	0,00331	675	100	575	192	2,2833	0,00756	1,096×10^-5
33,0	306,15	0,00326	665	113	552	215	2,33244	0,0076	1,063×10^-5
36,9	310,05	0,00322	650	132	518	249	2,3962	0,00771	1,037×10^-5
41,1	314,25	0,00318	630	155	475	292	2,46538	0,00784	1,011×10^-5
SUMA		0,01972					13,86956	0,04553	6,583×10^-5

2. Sporządzenie wykresu ln p = f(1/T) :

3. Obliczenie molowego ciepła parowania heksanu przy pomocy metody graficznej :

y = ax + b

gdzie:

Wybieramy dwa punkty z powyższego wykresu i przy pomocy ich współrzędnych położenia

korzystając z równania obliczamy współczynnik kierunkowy prostej :

współrzędne punktów : x₁ = 0,00327 ; y₁ = 2,34

x₂ = 0,00336 ; y₂ = 2,22

a = -1333,3

[J/mol]=25,53 [KJ/mol]

Obliczenie współczynnika a metodą najmniejszych kwadratów :

4. Obliczenie molowego ciepła parowania heksanu przy pomocy metody najmniejszych kwadratów :

[J/mol] = 24,863 [KJ/mol]

Wartość literaturowa dla H_par=28850 [J/mol]=28,85 [KJ/mol]

5. Obliczenie odchylenia procentowego :

a). wartość wyznaczona metodą graficzną;

28,85 - 25,52 = 3,33

b). wartość wyznaczona metodą najmniejszych kwadratów:

28,85- 24,863 = 3,987

---