Część teoretyczna

Typową własnością cieczy jest ich zdolność do przechodzenia w stan pary. W dowolnej temperaturze część cząsteczek przechodzi pod wpływem ruchów cieplnych do fazy gazowej, a tendencja cieczy do parowania rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Zależy ona również od indywidualnych własności fizykochemicznych cieczy, stąd podział na lotne (eter), średnio lotne (woda) i mało lotne (oleje)

Jeżeli dowolną ciecz umieści się w przestrzeni zamkniętej, pozostawiając wolną przestrzeń nad jej powierzchnią, to w wyniku parowania zmniejszać się będzie ilość fazy ciekłej, zwiększać natomiast ilość pary nad cieczą. W miarę wzrostu ilości pary coraz więcej jej cząsteczek będzie zderzać się z powierzchnią cieczy, przechodząc z powrotem w stan ciekły. W wyniku tego, zostaje osiągnięty stan równowagi dynamicznej w którym w dowolnym okresie czasu wyparowuje i skrapla się taka sama ilość cząsteczek. Parę współistniejącą z cieczą w stanie równowagi nazywamy nasyconą, a jej ciśnienie - prężnością pary nasyconej lub prężnością pary. Jest to niezależna od ilości obu faz, maksymalna prężność, jaką może osiągnąć para w równowadze z cieczą w danej temperaturze. Obecność gazów obojętnych w przestrzeni nad cieczą nie wpływa (w zakresie niezbyt wysokich ciśnień) na prężność jej pary i może być pominięta

Stan równowagi układu ciecz-para ulega przesunięciu w wyniku zmian temperatury. Skutkiem podwyższenia temperatury, dodatkowa ilość cieczy ulega wyparowaniu i prężność pary nasyconej wzrasta. W pewnej temperaturze, zwanej temperaturą wrzenia, prężność pary osiąga wartość ciśnienia zewnętrznego i następuje wówczas wrzenie cieczy. Zależność prężności pary od temperatury badamy mierząc temperaturę wrzenia cieczy pod różnym ciśnieniem.

Graficznym obrazem zależności p=f(t) jest tzw. Krzywa prężności pary, która wykazuje podobny, wykładniczy wzrost prężności wraz ze wzrostem temperatury w odniesieniu do wszystkich cieczy. Maksymalną wartość prężności pary osiąga ciecz w temperaturze krytycznej, której odpowiada określone ciśnienie krytyczne. Krzywa prężności pary dzieli płaszczyznę rysunku na dwie części. Są to: pole cieczy (nad krzywą) i pole pary nasyconej (nad krzywą). W tych obszarach mamy do czynienia z układami jednofazowymi, o dwóch stopniach swobody. Punkty na krzywej odpowiadają takim warunkom fizycznym, w których ciecz trwale współistnieje ze swoją parą nasyconą. Jest więc to układ dwufazowy, o jednym stopniu swobody.

Przejście cieczy w stan pary wiąże się ze zużyciem określonej energii zwanej energia wewnętrzną parowania, która doprowadona w postaci ciepła, zużywana jest na przezwyciężenie sił oddziaływania między cząsteczkami cieczy.

Opracowanie pomiarów

Wartości h' odczytane na manometrze [mm H₂O] przeliczam na [mm Hg]

Wyniki dalszych obliczeń zawarłam tabelce

Ciśnienie w [mm Hg] przeliczam na [Pa] ze wzoru:

Wyniki dalszych obliczeń zawarłam tabelce

Obliczone wartości p' [Pa] dla nadciśnienia obliczam z zależności:

Wyniki dalszych obliczeń zawarłam tabelce

Obliczone wartości p' [Pa] dla podciśnienia obliczam z zależności:

Wyniki dalszych obliczeń zawarłam tabelce

Z wykresu odczytałam temperaturę wrzenia wody T_b odpowiadającą ciśnieniu atmosferycznemu b w danych warunkach eksperymentalnych

Obliczam metodą graficzną wartość temperaturowego współczynnika prężności pary
z zależności:

Obliczam metodą najmniejszych kwadratów wartość temperaturowego współczynnika prężności pary
:

Wiedząc, że molowe objętości wody w stanie pary β i cieczy α wynoszą:

i znając wartości temperaturowego współczynnika prężności pary oraz temperaturę T_b odpowiadającą ciśnieniu atmosferycznemu b, obliczam molową entalpię parowania ΔH_par­ z równania Clausiusa-Clapeyrona:

Obliczam molową entalpię parowania wody w warunkach doświadczenia ze wzoru:

Wnioski:

Zgodnie z regułą Troutona, iloraz molowej entalpii parowania ΔH_par­ przez normalną temperaturę wrzenia T_nwt (pod ciśnieniem 1atm), czyli molowa entalpia parowania ∆S_par dla wody wynosi :

108,8 [J mol^-1 K^-1]. Natomiast molowa entalpia parowania ∆S_par wody otrzymana doświadczalnie wynosi: 105,87 [J mol^-1 K^-1]. Błąd pomiaru wynika z pewnej niedokładności termometru Beckmanna (±0,01°C , zaś przy użyciu lupy ±0,002°C) oraz ograniczeń ludzkiego oka.

---