Sprawozdanie z ćwiczenia 9

ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ
LABORATORIUM STUDENCKIE
WYZNACZANIE CIEPŁA PAROWANIA HEKSANU Z POMIARU
ZALEŻNOŚCI PRĘŻNOŚCI PARY OD TEMPERATURY.
Wyposażenie ćwiczenia:
 Ultratermostat
 Izoteniskop
 Termometr cyfrowy
 Manometr rtęciowy
 Manometr pomocniczy
 Chłodnica
 Pompa próżniowa
 Eksykator próżniowy
Odczynniki: Heksan
WSTĘP
Efekty cieplne towarzyszą nie tylko reakcjom chemicznym; również takie procesy, jak
zmiana stanu skupienia (parowanie, kondensacja, topnienie, krystalizacja) czy proces
rozpuszczania substancji chemicznych, związane są ze znacznymi efektami cieplnymi.
W procesie parowania cząsteczki cieczy znajdują się w równowadze termodynamicznej z
cząsteczkami pary nasyconej o ciśnieniu p i temperaturze T.
Jeżeli przez G(c) oznaczymy entalpię swobodną molową substancji w fazie ciekłej, zaś przez
(g)
G w fazie gazowej, to zgodnie z drugą zasadą termodynamiki różniczki zupełne rozważanych
entalpii swobodnych wynoszą:
gdzie S(c), S(g) oznaczają entropię molową cieczy i pary, zaś V(c) i V(g) ich objętości molowe.
W stanie równowagi G(c) = G(g), a więc także dG(c) = dG(wobec) i wobec tego
Po przekształceniu otrzymujemy równanie Clausiusa
gdzie ∆S= S(g)-S(c) oznacza entropię parowania, zaś ∆V=V(g) – V(c) zmianę objętości w
procesie parowania.
Ponieważ parowanie jest procesem równowagowym, a stąd także odwracalnym, możemy
entropię procesu wyrazić za pomocą ciepła parowania LP w temperaturze T:
deltaS=
Lp
T
Wobec tego wstawiając [5] do równania [4] otrzymuje się równanie:
[6]
Dla równowagi ciecz-para, można przyjąć założenie, że, ciepło parowania nie zależy od
temperatury, co jest w przybliżeniu słuszne dla małego przedziału temperatur. W dużym
oddaleniu od punktu krytycznego V(g) >>V(c), także objętość cieczy jest do zaniedbania w
2
stosunku do objętości gazu, a para w tych warunkach spełnia w przybliżeniu równanie stanu
gazu doskonałego. Przyjmując te założenia otrzymujemy równanie Clausiusa-Clapeyrona
lub
[b]
Po scałkowaniu, przy założeniu niezależności ciepła parowania od temperatury otrzymujemy:
lg p  
Lp
2,303RT
 const
Przy wyznaczaniu molowego ciepła parowania heksanu korzystać będziemy z uproszczonego
równania Calusiusa - Caleyrona.
OPRACOWANIE WYNIKÓW
Wyniki pomiarów zestawiono w tabeli
3
Lp. T [°C] T [K]
1
2
3
4
5
6
22,2
28,6
32,3
36,3
39,5
42,7
xi = 1/T
295,35
301,75
305,45
309,45
312,65
315,85
h1
h2
h
p=patm-∆h ln p=yi
[mmHg] [mmHg] [mmHg]
0,00339
0,00331
0,00327
0,00323
0,0032
0,00317
704
685
672
655
641
625
65
87
113
125
143
162
639
598
559
530
498
463
122
163
202
231
263
298
n
 x  x 
i 1
i
4,804
5,0938
5,3083
5,4424
5,5722
5,6971
xiyi
xi 2
0,0163
0,0169
0,0174
0,0176
0,0178
0,018
1,146E-05
1,098E-05
1,072E-05
1,044E-05
1,023E-05
1,002E-05
n
n
y x y
2
i
i 1
0,01957 0,0004
i
i 1
i
i
n
x
i 1
2
i
31,918 0,104 6,386E-05
Ciśnienie atmosferyczne odczytać na barometrze w laboratorium.
Ciśnienie atmosferyczne wynosi: 761 mm Hg.
Sporządzić wykres
1
lg p  f ( ) .
T
Wykres ln p = f(1/T) przedstawia się następująco:
Zależność logarytmu ciśnienia od odwrotniości temperatury
y=-4072,58x + 15,735
5,8
5,7
5,6
5,5
ln p
5,4
5,3
5,2
5,1
5
4,9
4,8
4,7
0,00315
0,00320
0,00325
0,00330
0,00335
0,00340
1/T
Ze sporządzonego wykresu wyznaczyć współczynnik a i obliczyć molowe ciepło
parowania heksanu.
4
Współczynnik a odczytany z wykresu wynosi –4072,58.
Znając go możemy obliczyć molowe ciepło parowania heksanu ze wzoru:

Hpar. = -8,314 · (-4072,58) = 33859,41 J/mol =33,859 kJ/mol
Porównać otrzymaną wartość molowego ciepła parowania z wartością uzyskaną z
obliczeń metodą najmniejszych kwadratów. Współczynnik a oblicza się ze wzoru:
a
 x  y  n x y
  x   n x
i
i
i
2
i
2
i
i
gdzie x; = 1/T,
y = lg pi,
n - liczba pomiarów.
a
 x  y - n x y
  x   n x
i
i
i
2
i
2
i
i

0, 01957  31,918  6  0,104
 4072,58
0, 00038  6  6,38 105
Hpar. = -8,314 · (-4072,58) = 33859,41 J/mol =33,859 kJ/mol
Odszukać w „ Poradniku fizykochemicznym" wartość molowego ciepła parowania
heksanu i porównać z wartością otrzymaną z pomiarów (metodą graficzną i metodą
najmniejszych kwadratów) - obliczyć odchylenie procentowe.
Wartość molowego ciepła parowania heksanu odczytana z „Poradnika fizykochemicznego”
wynosi 28,85 kJ/mol.
5