ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ

Zakład Chemii Fizycznej
Laboratorium Studenckie
Sprawozdanie z laboratoriów
ĆWICZENIE 9 :
WYZNACZANIE CIEPŁA PAROWANIA HEKSANU Z
POMIARU ZALEŻNOŚCI PRĘŻNOŚCI PARY OD
TEMPERATURY.
WSTĘP
W układzie dwufazowym ciecz – para cząsteczki w warstwie
powierzchniowej lustra cieczy obdarzone wystarczającą energią mogą opuścić
ciecz przechodząc w fazę gazową. 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 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 temp. I zostaje
zachwiana równowaga. 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.
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 H i jest zużywana na zwiększenie energii
cząsteczek opuszczających ciecz ( wewnętrzne ciepło parowania Li ) 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 = Li + p ( V(g) – V© )
(2)
Relacje między ciśnieniem równowagowym i temperaturą wyraża równanie
Clausiussa – Clapeyrona :
d ln p
H

dT
RT 2
(3)
Po rozdzieleniu zmiennych i scałkowaniu równanie to ma postać :
ln p  
H
 const .
RT
gdzie : H jest molowym ciepłem parowania cieczy.
OPRACOWANIE WYNIKÓW:
Wyniki pomiarów zestawiono w tabeli:
(4)
T
T
h1
h2
h
p=patm 1 / T =xi
ln p=yi xiyi
xi2
[C]
[K]
[mmHg] [mmHg] [mmHg]
h
19,5 292,65 0,00342
695
77,5 617,5 150,5 5,01396 0,0171 1,17E-05
24,5 297,65 0,00336
680
92
588
180 5,19296 0,0174 1,13E-05
28,5 301,65 0,00332
672
107
565
203 5,31321 0,0176 1,1E-05
32,5 305,65 0,00327
664
115
549
219 5,38907 0,0176 1,07E-05
36,9 310,05 0,00323
651
131
520
248 5,51343 0,0178 1,04E-05
41,2 314,35 0,00318
635
152
483
285 5,65249 0,018 1,01E-05
SUMA
0,01977
32,0751 0,1056 6,52E-05
Ciśnienie atmosferyczne wynosi : patm. = 768 mm Hg.
Wykres ln p = f(1/T) przedstawia się następująco :
Zależność logarytmu ciśnienia od odwrotniości
temperatury
5,8
y= -2606,82 x
5,7
5,6
ln p
5,5
5,4
5,3
5,2
5,1
5
4,9
0,00310
0,00315
0,00320
0,00325
0,00330
0,00335
0,00340
1/T
Ze względu na stosunkowo wąski zakres temperatur zależność jest liniowa:
ln p = a(1/T) + b
gdzie : a  
H par.
R
(5)
(6)
Współczynnik a można otrzymać przy pomocy jednej z opcji w programie
„Microsoft Excel” , gdzie wyznaczony jest automatycznie i z dużą dokładnością .
Współczynnik a odczytany z wykresu wynosi –2606,82. Znając go możemy
obliczyć molowe ciepło parowania heksanu ze wzoru (6) :
Hpar. = -8,314 · (-2606,82) = 21673,10148 J/mol =21,673 kJ/mol
Współczynnik a możemy również obliczyć na podstawie zależności :
x  y  n x y

a
 x   n x
i
i
i
2
i
2
i
i

0,01977  32,0751  6  0,1056

0,000390852  6  6,52  10 5
 1507,836207
Hpar. = -8,314 · (-2606,82) = 21673,10148 J/mol =21,673 kJ/mol
Wartość molowego ciepła parowania heksanu odczytana z „Poradnika
fizykochemicznego” wynosi 28,85 kJ/mol.