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
(3)

dT
RT 2
Po rozdzieleniu zmiennych i scałkowaniu równanie to ma postać :
H
ln p  
 const .
(4)
RT
gdzie : H jest molowym ciepłem parowania cieczy.
OPRACOWANIE WYNIKÓW
Wyniki pomiarów zestawiono w tabeli
T
[C]
22,3
26,6
30,9
35,2
39,5
43,8
SUMA
T
[K]
1 / T =xi
295,45
299,75
304,05
308,35
312,65
316,95
0,00338
0,00334
0,00329
0,00324
0,0032
0,00316
0,01961
h1
h2
h
p=patm - h ln p=yi
[mmHg] [mmHg] [mmHg]
692
682
669
654
639
621
81
92
108
126
146
168
n
 xi
i 1
Ciśnienie atmosferyczne wynosi : patm. = 761 mm Hg.
Wykres ln p = f(1/T) przedstawia się następująco :
611
590
561
528
493
453
150
171
200
233
268
308
5,01064
5,14166
5,29832
5,45104
5,59099
5,7301
32,2227
n
 yi
i 1
xi 2
xiyi
0,017
0,0172
0,0174
0,0177
0,0179
0,0181
0,1052
n
 xi yi
i 1
1,15E-05
1,11E-05
1,08E-05
1,05E-05
1,02E-05
9,95E-06
6,41E-05
n
x
i 1
2
i
Zależność logarytmu ciśnienia od odwrotniości temperatury
5,8
y=-3171,74x + 15,735
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 –3171,74. Znając go możemy obliczyć molowe ciepło
parowania heksanu ze wzoru (6) :
Hpar. = -8,314 · (-3171,74) = 26369,84 J/mol =26,4 kJ/mol
Współczynnik a możemy również obliczyć na podstawie zależności :
a
 x  y  n x y
 x   n x
i
i
i
2
i
2
i
i

0,01961  32,2227  6  0,1052
 3171,74
0,00038  6  6,41  10 5
Hpar. = -8,314 · (-3171,74) = 26369,84 J/mol =26,4 kJ/mol
Wartość molowego ciepła parowania heksanu odczytana z „Poradnika fizykochemicznego”
wynosi 28,85 kJ/mol.