Clapeyroni võrrand Clapeyroni võrrand on gaasi olekuvõrrand, kus muutuvad gaasi rõhk p(Pa), temperatuur T(K) ja ruumala V(m3), kui gaasi mass ei muutu: m=const. Normaaltingimustel 0C=273K, normaalrõhul 760 mmHg, s.o. 101 325 Pa, võtab gaasi 1 mool ruumala 22,4 liitrit ehk 0,0224 m3 (mool, tähis mol). Seega suurus pV/T on 8,31 J/ (mol . K). Seda nim. universaalseks gaasikonstandiks ja tähistatakse R-iga: R=8,31 J/( mol . K)
Clapeyroni võrrand võimaldab leida lihtsa seose, kergesti mõõdetavate makroskoopiliste suuruste vael. Nendeks on p Rõhk,T Temperatuut, V Ruumala. Valem p1*V1/T1 Mendelejev Clapeyron võrrand Mendeljeejev uuris Clapeironi võrrandit ning avaldas constandi R = 8,31 g/mol K Isotermiline protsess T on constant, valem : p1V1 =p2V2. Tegemist on pöörvõrdelise seosega ehk suurendamisel teine väheneb sama arv kordi. Nt: Jalgpalli pump, pallid, autorehvid. Graafikuks on hüperbol. Isobaariline protsess p on constant, Valem V1/T1=V2/T2. Tegemiston võrdelise seosega. Kui 1 suureneb siis teine suureneb sama arv kordi. Nt : Lõdva õhupall külmkapis ja päikese käes. Graafik on sirge. Isohooriline protsess V on constant, Valem p1/T1=p2/T2.Tegemist on võrdelise seosega. Kui 1 suureneb siis suureneb teine sama arv kordi. Nt : deodorandi pudel lõkkes, gaasiballoon tuleb hoida ohutus kauguses lahtisest leegist, jalgratta kumm päikese käes. ...
6 PUHTA VEDELIKU KÜLLASTATUD AURURÕHU MÄÄRAMINE DÜNAAMILISEL MEETODIL Üliõpliane: Kood: Töö teostatud: Töö ülesanne. Dünaamiline aururõhu määramise meetod põhineb aine keemistemperatuuride mõõtmisel erinevate rõhkude juures. Teatavasti keeb vedelik temperatuuril, mil küllastatud aururõhk on võrdne välisrõhuga. Keemistemperatuuride mõõtmine erinevatel rõhkudel annab küllastatud aururõhu temperatuuriolenevuse. Viimasest saab Clapeyroni-Clausiuse võrrandi abil arvutada vedeliku auramissoojuse. Aparatuur (joon. 8) koosneb elektriküttega kolvist 1 ning ebulliomeetrist 2, milles on pesa 3 termomeetri jaoks. Termomeetri tasku on täidetud alumiiniumpulbri suspensiooniga õlis, millel on hea soojusjuhtivus. Kolb 1 on ühendatud vaakumsüsteemiga jahuti 5 kaudu. Jahutis toimub aurude kondensatsioon, millega välditakse nende kondenseerumine ühendustorudes ja manomeetris 8.
Jrk. paur, y= t, °C T, K x = 1/T x·y x2 nr mmHg logpaur 1 26,5 299,65 105 2,021 0,0033 0,0067 1,1137E-05 2 42,5 315,65 205 2,312 0,0032 0,0073 1,0037E-05 3 53 326,15 305 2,484 0,0031 0,0076 9,4008E-06 4 61 334,15 405 2,607 0,0030 0,0078 8,9561E-06 5 67,5 340,65 505 2,703 0,0029 0,0079 8,6175E-06 6 73 346,15 605 2,782 0,0029 0,0080 8,3459E-06 7 77,5 350,65 705 2,848 0,0029 0,0081 8,1330E-06 8 ...
piiratult T = 0,0076C 0 punktis puutuvad kokku 3 faasi, mis tähendab seda et V=0 -Duheni võrrand. Kirjel kahe komponendi vahekorda lahuses seda punkti nimetatakse kolmikpunktiks, monovariantne punkt. tasakaalu tingimustes. Lahuse komponendide om nim 19. Clausiuse - Clapeyroni võrrand. partsuaalsteks moolsuurusteks Üldist faaside tasakaalu ühekomponentses süsteemis kirjeldab 24. Ideaallahused, lõpmatult lahjad lahused, reaalsed Clausiuse Clapeyroni seadus lahused.
1 Süsinikdioksiid molaarmassi määramine Töö ülesanne ja eesmärk Töö eesmärgiks on gaaside saamine laboratooriumis, seosed gaasiliste ainete mahu, temperatuuri ja rõhu vahel, gaasiliste ainete molaarmassi leidmine. Eksperimentaalse töö käigus tuli leida süsinikdioksiidi molaarmass kolmel viisil: · Gaasi suhtelise tiheduse valemi abil. · Moolide arvu kaudu (V0CO n CO M CO). · Kasutades Clapeyroni võrrandit. Sissejuhatus: Õhumaht kolvis normaaltingimustel: Mass: Gaasi absoluutne tihedus: Gaasi suhteline tihedus: Suhteline tihedus õhu suhtes: Suhteline viga: Moolide arv, kui V0 on gaasimaht kas normaal- või standardtingimustel. Moolide arv: Clapeyroni võrrand: R universaalne gaasikonstant = 8,314 J/mol*K Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid:
3. i kT i n n 2n kulg pöörl võnk 2 4. Universaalne gaasikonstant võrdub ühe mooli ideaalse gaasi paisumistööga isobaarilises protsessis , kus gaas soojeneb 1 K võrra. 5. i i2 CV R , CP R 2 2 6. Eelmine valem, i = 5 7. Aatomite arvust molekulis. 8. Adiabaatiline protsess ei toimu soojusvahetust ümbritseva kk-ga. Näiteks heli levimine gaasis. 9. Clapeyroni võrrand kehtib ideaalse gaasi korral. 10. Ideaalne on gaas, mille korral kehtib Clapeyroni võrrand. 11. 78 Pa 12. Osakeste keskmist kineetilist energiat. 13. Termodünaamiline tasakaal on termodünaamilise süsteemi lõppolek muutumatute välis- tingimuste korral. 14. Ei saa rääkida temperatuurist. 15. Rõhu suurendamisel siseenergia suureneb ja vastupidi. 16. Et kergemini määrata väikeseid rõhke. 17.
VII-439 Ekspermentaalne töö 1 Süsinikdioksiidi molaarmassi määramine. Töö ülesanne ja eesmärk. Gaaside saamine laboratooriumis, seosed gaasiliste ainete mahu, temperatuuri ja rõhu vahel, gaasiliste ainete molaarmassi leidmine. Leida molaarmass süsinikdioksiidi kolmega meetodiga: kasutades gaasi suhteline tihedus võrrandit, moolide arvu kaudu (V0CO2 n CO2 M CO2 ), kasutades Clapeyroni võrrandit. Sissejuhatus. Suhteline tihedus: D= = Gaaside suhteline tihedus: o Mass: mõhk = oVo Moolide arv: n= , kus V0 gaasi maht kas normaal- või standardtingimustel, vastavalt sellele omab ka Vm (gaasi molaarruumala) erinevaid väärtusi n= Clapeyroni võrrand: PV = RT, kus R universaalne gaasikonstant = 8,314 J/mol*K Suhteline viga: Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid.
temperatuur 273,15K (0C) rõhk 100 000 Pa (0,987 atm; 750 mm Hg) Avogadro seadus: Normaaltingimustel: Standardtingimustel: Põhilised ideaalgaaside seadused: Boyle'i seadus: Charles'i seadus: Kaks eelmist kombineerides saab: Ühe mooli gaasilise aine korral: 2 R- universaalne gaasi konstant; R=8,314 J/mol·K Clapeyroni võrrand: Difusioon on aine osakeste soojusliikumisest tingitud protsess, mis viib konsentratsioonide ühtlustumisele süsteemis. Gaasi suhteline tihedus on ühe gaasi massi suhe teise gaasi massi samadel tingimustel. Õhu keskmine molaarmass on 28,96 29,0 g/mol. Gaasi absoluutne tihedus normaaltingimustel ehk 1 kuupdetsimeetri gaasi mass normaaltingimustel: 3
Süsinikdiokssidi molaarmassi määramine Töö ülesanne ja eesmärk Töö eesmärgiks oli gaaside saamine laboratooriumis. Leida tuli seosed gaasiliste ainete mahu, temperatuuri ja rõhu vahel. Leida tuli ka gaasilise aine molaarmassi, kasutades kolme erinevat meetodit, nendeks olid molaarmassi leidmine kasutades gaasi suhtelise tiheduse võrrandit, moolide arvu ja Clapeyroni võrrandit. Sissejuhatus Gaasi suhteline tihedus: m1 M 1 D= = m2 M 2 Gaasi absoluutne tihedus: g mol dm3 /¿ ¿ Vm¿ (¿¿ mol) M gaas ¿ ρ0=¿ Mass: m=ρ0 ∙V 0 Moolide arv:
T0 – normaal- ja standardtingimustele vastav temperatuur kelvinites (273 K) P ja T – rõhk ja temperatuur, mille juures maht V on antud või mõõdetud. Õhu tiheduse normaaltingimustel ja selle õhu massi määramine: Õhu massi määramine: Kolvi ning korgi massi arvutamine: m3=m1 - mõhk m3=149,04g – 0,3710943g=148,669g CO2 massi arvutamine CO2 suhtelise tiheduse (D) arvutamine: CO2 molaarmassi arvutamine: CO2 molaarmassi arvutamine Mendelejev–Clapeyroni võrrandi abil: Kus R on gaasi constant Katse veaarvutamine, lähtudes CO2 tegelikust molaarmassist 44,0 g/mol ja katseliselt määratud molaarmassist M(CO2). Δ=38,23/mol-44g/mol=-5,77g/mol Kokkuvõtte Selle katse peamine eesmärk oli täidetud. M(CO2)= 38,23g/mol (Kuna saadud molaarmassid on sarnased, ma kasutan seda, mis oli saatud Mendelejev-Clapeyroni võrrandi abil) Veaks oli -13,11%, mida saab selgitada sellega, vaatamata sellele, et tehnilised kaalud on väga täpsed, et
V0 (gaasi maht kolvis normaaltingimustel)= 0,281 dm3 ρ 0 (õhu tihedus normaaltingimustel)= 1,29 g/dm3 mõhk (õhu mass kolvis)= 0,362 g m3(kolvi ning korgi mass)= 148,198 g mCO2 (CO2 mass)= 0,582 g D (süsinikdioksiidi suhteline tihedus)= 1,6 g/dm3 M1(CO2) (CO2 molaarmass)= 46,4 g/mol M2(CO2) (CO2 molaarmass Mendelejev–Clapeyroni võrrandi järgi)= 46,4 g/mol 101325∗22,4138 Pa∗dm3 R= 273,15 = 8314 mol∗K 5. Katseandmete Leida gaasi maht kolvis normaaltingimustel: töötlus ja tulemuste analüüs Leida õhu tihedus normaaltingimustel: Leida õhu mass kolvis: Arvutada kolvi ning korgi mass: Arvutada CO2 mass:
ρõhk=28,96g/mol / 22,4 dm³/mol = 1,293 g/dm³ mõhk = 1,293 g/dm³ x 0,281 dm³ = 0.363g Leian kolvi ja korgi massi: m3 = m1 - mõhk m3 = 143,95g -0,363g = 143,587g Leian CO2 massi: m( CO2) = m2 - m3 m( CO2) = 144,14g- 143,587g= 0,553g Leian CO2 suhtelise tiheduse õhu suhtes: Dõhk = m( CO2)/ mõhk Dõhk = 0,553g/0,367g = 1,507 Leian CO2 molaarmassi: Dõhk= M( CO2) x Mõhk M( CO2) = Dõhk x Mõhk M( CO2) = 1,507 x 28,96g/mol = 43,637 g/mol Leian CO2 molaarmassi Mendelejev–Clapeyroni võrrandi abil: PV = (m/M) x RT M = mRT/PV M=(0,557g x 0,082 atm x L/(mol x K) x 273,15 K)/(1,0 atm x 0,281 L) = 44,39 g/mol Veaarvutused: Suhteline viga(õhu tiheduse kaudu)= (43,637/mol-44g/mol)/44g/mol x 100%= -0,8% Absoluutne viga(õhu tiheduse kaudu)=43,637g/mol-44g/mol= -0,36g/mol Suhteline viga(Mendelejev–Clapeyron) =(44,39g/mol-44g/mol)/44g/mol x 100 %= 0,9% Absoluutne viga(Mendelejev–Clapeyron)= 44,39g/mol - 44g/mol = 0,39g/mol 6.Kokkuvõte/järeldused
LABORATOORNE TÖÖ 1 Süsinikdioksiidi molaarmassi määramine Töö ülesanne: määrata süsinikdioksiidi molaarmass nii moolide arvu kaudu kui ka Clapeyroni võrrandiga. Töö eesmärk: saada gaasi laboratooriumis, õppida selgeks seosed gaasiliste ainete temperatuuri, rõhu ja ainete mahu vahel, leida gaasiliste ainete molaarmass. Sissejuhatus Gaas on aine, mille molekulid on pidevalt korrapäratus soojusliikumises. Tema molekulide vahelised kaugused on suured, mistõttu nende omavahelised jõud on väikesed ja üksteist eriti ei mõjuta, seepärast loetakse sellist gaasi ideaalgaasiks. Gaaside maht sõltub oluliselt temperatuurist ning rõhust
Puhta vedeliku küllastatud aururõhu määramine dünaamilisel meetodi Töö ülesanne. Dünaamiline aururõhu määramise meetod põhineb aine keemistemperatuuride mõ Teatavasti keeb vedelik temperatuuril, mil küllastatud aururõhk on võrdne välisrõhuga. Keemistemp rõhkudel annab küllastatud aururõhu temperatuuriolenevuse. Viimasesr aab Clapeyroni-Clausiuse v Katse käik. Uuritav vedelik valatakse kolbi 1( täidetakse 3/4 kolvist), mis ühendatakse klaaslihvi a Seejärel kontrollitakse seadme hermeetilisust. Selleks avatakse kraan 10 ning vaakumpumba abil l selliselt, et jääkrõhk oleks 20-30 torri võrra suurem rõhust, mille all aine toatemperatuuril keeb. Su hermeetiliseks, kui 10-15 minuti jooksul rõhk seadmes ei kasva rohkem kui 1-2 mm Hg. Seejärel lü et vedelik hakkaks keema u 10 minuti jooksul. Kolvi kütet, s.o
kus V0 on gaasi maht normaal- või standardtingimustel, P0 normaal- või standardtingimustele vastav rõhk (sõltuvalt valitud ühikutest), T0 normaal- ja standardtingimustele vastav temperatuur kelvinites (mõlemal juhul 273 K), P ja T aga rõhk ja temperatuur, mille juures maht V on antud või mõõdetud. n mooli gaasi kohta kehtib seos m PV = =RT PV=nRT ehk M Clapeyroni võrrand R= 8,314 J/mol∙K Gaasi suhteline tihedus on ühe gaasi massi suhe teise gaasi massi samadel tingimustel (V, P, T). Gaasi suhteline tihedus on ühikuta suurus ja näitab, mitu korda on antud gaas teisest raskem või kergem m1 M1 D m2 M2 Suhtelist tihedust väljendatakse tavaliselt õhu suhtes (õhu keskmine molaarmass, arvestades lämmastiku ja hapniku massivahekorda õhus on 28,96 ≈29,0 g/mol) või vesiniku (MH2= 2,0 g/mol) suhtes
0 a) moolide arvu kaudu ( V CO 2 → nCO 2 → M CO ) 2 V0=0,3 dm3 M(CO2)=44 g/mol m(CO2)=0,58 g V 0.3 g n= Vm n= 22.4 g /mol =0,013 mol m 0,58 g n= M M= 0,013mol =44 g/mol m ∗RT ¿ b) kasutades Clapeyroni võrrandit (PV= M 0,58 103700*0.3= M *8,314*293,15 1413,6 31110= M M=44 g/mol Uurimis- ja analüsüsimeetodite alusel jälgisin seoseid gaasilisteainete mahu, temperatuuri ja rõhu vahel. Kõige väiksem suhtelise vesini jõudsin Clapeyroni võrrandit kasutades. Vigade tekkimise põhjuseks võivad olla ebatäpsed katsetulemused.
Viimasel ajal soovitatakse kasutada gaaside mahu väljendamiseks ka nn standardtingimusi¹: temperatuur 273,15 K (0 °C) rõhk 100 000 Pa (0,987 atm; 750 mm Hg) Avogadro seadus Kõikide gaaside võrdsed ruumalad sisaldavad ühesugusel temperatuuril ja rõhul võrdse arvu molekule (või väärisgaaside korral aatomeid). Kui normaaltingimustel on 1,0 mooli gaasi maht ehk molaarruumala , siis standardtingimustel Clapeyroni võrrand Järgmiste ühikute korral rõhk P [Pa]; mass m [g]; moolide arv n [mol]; maht V []; temperatuur T [K] on universaalse gaasikonstandi väärtus R= 8,314 J/molK. Gaasi suhteline tihedus on ühe gaasi massi suhe teise gaasi massi samadel tingimustel (V, P, T). Gaasi suhteline tihedus on ühikuta suurus ja näitab, mitu korda on antud gaas teisest raskem või kergem
─── = ──── = ─── T1 T2 T0 Seda seost kasutatakse mahu viimiseks ühtedelt tingimustelt teistele, sealhulgas ka normaal- või standartingimustele. P - rõhk, mille juures antud maht (V) on mõõdetud T - temperatuur, mille juures antud maht (V) on mõõdetud V- gaasi maht V0- Normaal- või standardtingimustele vastav gaasi maht P0- normaal- või standardtingimustele vastav rõhk T0- normaal- või standardtingimustele vastav temperatuur (273,15 K) Clapeyroni võrrand P V= n R T m P V = ── R T M Universaalse gaasikonstandi väärtuse leidmine: P0 Vm0 101 325 Pa * 0,0224138 m3 R = ──── = ───────────────── = 8,314 J/mol * K T0 273,15 K * mol R = 0,082 atm * l * mol-1 * K-1 R = 62 400 mm Hg * cm3 * mol-1* K-1 Daltoni seadus Keemiliselt inaktiivsete gaaside segu üldrõhk võrdub segu moodustavate gaaside osarõhkude summaga
kus V0 on gaasi maht normaal- või standardtingimustel, P0 normaal- või standardtingimustele vastav rõhk (sõltuvalt valitud ühikutest), T0 normaal- ja standardtingimustele vastav temperatuur kelvinites (mõlemal juhul 273 K), P ja T aga rõhk ja temperatuur, mille juures maht V on antud või mõõdetud. Ühe mooli gaasilise aine korral: PV T = const = R R - universaalne gaasikonstant n mooli gaasi kohta kehtib jargmine seos: P*V = n*R*T m ehk Clapeyroni võrrand - PV = M RT 3. Daltoni seadus Keemiliselt inaktiivsete gaaside segu üldrõhk võrdub segu moodustavate gaaside osarõhkude summaga. Osarõhk on rõhk, mida avaldaks gaas, kui teisi gaase segus poleks. Näiteks sisaldab õhk mahuliselt 21% hapnikku ja 79% lämmastikku. Kui üldrõhk on 1,0 atm, siis hapniku osarõhk p(O2) = 0,21 atm ja lämmastiku osarõhk p(N2) = 0,79 atm. Üldrõhu 750 mm Hg korral saame aga hapniku osarõhuks p(O2) = 0,21⋅750 = 157,5 mm Hg. Osarõhk
rõhk 101 325 Pa (1,0 atm; 760 mm Hg). Gay- Lussac´i seadus- konstantsel rõhul on kindla koguse gaasi maht võrdelises sõltuvuses temperatuuriga. Selles valemis tähistab V0 gaasi mahtu normaal- või standardtingimustel, P0 normaal- või standardtingimustele vastavat rõhku, T0 normaal- ja standardtingimustele vastavat temperatuuri kelvinites (mõlemal juhul 273 K), P ja T aga rõhku ja temperatuuri, mille juures maht V on antud või mõõdetud. Clapeyroni võrrand Gaasi suhteline tihedus on ühe gaasi massi suhe teise gaasi massi samadel tingimustel (V, P, T). Gaasi suhteline tihedus on ühikuta suurus ja näitab, mitu korda on antud gaas teisest raskem või kergem. D= = Suhtelist tihedust väljendatakse tavaliselt õhu suhtes. Õhu keskmine molaarmass, arvestades lämmastiku ja hapniku massivahekorda õhus on 28,96 29,0 g/mol. Dõhk = Gaasi absoluutne tihedus normaaltingimustel ehk 1 dm3 gaasi mass normaaltingimustel. 0
rõhk 101 325 Pa (1,0 atm; 760 mm Hg). Gay- Lussac´i seadus- konstantsel rõhul on kindla koguse gaasi maht võrdelises sõltuvuses temperatuuriga. Selles valemis tähistab V0 gaasi mahtu normaal- või standardtingimustel, P0 normaal- või standardtingimustele vastavat rõhku, T0 normaal- ja standardtingimustele vastavat temperatuuri kelvinites (mõlemal juhul 273 K), P ja T aga rõhku ja temperatuuri, mille juures maht V on antud või mõõdetud. Clapeyroni võrrand Gaasi suhteline tihedus on ühe gaasi massi suhe teise gaasi massi samadel tingimustel (V, P, T). Gaasi suhteline tihedus on ühikuta suurus ja näitab, mitu korda on antud gaas teisest raskem või kergem. D= = Suhtelist tihedust väljendatakse tavaliselt õhu suhtes. Õhu keskmine molaarmass, arvestades lämmastiku ja hapniku massivahekorda õhus on 28,96 29,0 g/mol. Dõhk = Gaasi absoluutne tihedus normaaltingimustel ehk 1 dm3 gaasi mass normaaltingimustel. 0
Õpperühm: Õppejõud: Töö teostanud: Protokoll esitatud: Protokoll arvestatud: Eksperimentaalne töö nr. 1 Süsinikdioksiidi molaarmassi määramine Töö ülesanne ja eesmärk. Gaaside saamine laboratooriumis, seosed gaasiliste ainete mahu, temperatuuri ja rõhu vahel, gaasiliste ainete molaarmassi leidmine. Sissejuhatus. = 22,4 /mol Clapeyroni võrrand: P V = R T Gaasi suhteline tihedus: D = = = V0 Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid. Töövahendid: CO2 balloon, 300 ml korgiga varustatud seisukolb, tehnilised kaalud, 250 ml mõõtesilinder, termomeeter, barometer. Kasutatud ained: CO2, õhk, vesi. Kasutatud uurimis- ja analüüsimismeetodid ja metoodikad. Kaaluda tehnilisel kaalul korgiga varustatud ~300 ml kuiv kolb(mass m1). Kolvi kaelale teha
tõmbejõud. Aatom määr.aine füüs. Om. Mol- aine keem. Om. ainehulk- suurus mis on võrdeline os. arvuga selles kehas. Ühik- mool.mool- süs. Ainehulk kus os. arv=0.012 kgsüsiniku aatomite arvuga. Avogadro arv-mol.arv N ja ainehulga v suhe. Molaarmass-ühik:kg/mol. M. suurs=ainemassim ja ainehulga v suhe.Idea. gaas- gaas kus mol. Vah. Tõmbej. Puuduvad,tõukj.mõjuvad, mol omavah.põrk ja põrk vast. Anumaseina.3gaasi param:rõhk p ,vruumala, t absolut temp.pV/T=const-clapeyroni võrrand.Mende-pV=m/MRT. P=1/3monv2-gaasi mol.kin.teooria põhivõrr.temperatuur- mol.kaootilise liik. Keskmisekin.energiamõõt. (midakiiremini liiguvadmol.seda kõrgemon temp). C,Si süsteemisK.T=t+273. Temp. Absol. 0- piirtemp.millepuhul ideaalsegaasirõhk jääval ruumalal läheneb nullile.Isoprots gaasis- isoterm,isobaar,isohoor.isoterm-jääval temp. T toimuv protsess.isohoor-jääval ruumalal.isobaar- jääval rõhul.soojushulk(J,cal)-soojuse edasiand.
ja CO2mass (mCO2) vahest Leitud süsinikdioksiidi ning õhu massidest mCO2 ja mõhk arvutada süsinikdioksiidi suhteline tihedus (D) õhu suhtes ning selle kaudu süsinikdioksiidi molaarmass MCO2 Arvutada katse absoluutne viga, lähtudes CO2 tegelikust molaarmassist 44,0 g/mol ja katseliselt määratud molaarmassist MCO2 ja suhteline viga. Leida süsinikdioksiidi molaarmass, kasutades ka muid lahenduskäike: a) moolide arvu kaudu b) kasutades Clapeyroni võrrandit Kokkuvõte või järeldused. Tegin süsiniku molaarmassi leidmiseks katse, milles juhindusin 1.laboratoorse töö juhendist. Katse tulemuste põhjal arvutasin CO2 molaarmassi kolmel erinevat meetodit kasutades: mahu, temperatuuri ja rõhu kaudu; moolide arvu kaudu ning Clapeyroni võrrandit kasutades. Esimest meetodit kasutades sain CO2 molaarmassiks 42,63 g/mol; moolide arvu kaudu
nende seost energia võimalike muundumistega, arvetamata süsteemide mikroskoopilist ehitust. Isotermiline BoyleMariotte'i seadus: jääval temperatuuril kulgevas tasakaaluprotsessis on antud gaasimassi rõhk pöördvõrdeline ruumalaga Isobaariline GayLussaci seadus: Jääval rõhul on antud gaasikoguse ruumala võrdeline gaasi absoluutse temperatuuriga Isobaariline Charles'i seadus: jääva ruumala juures on antud gaasimassi rõhk võrdeline gaasi absoluutse temperatuuriga Clapeyroni s: antud gaasikoguse rõhu ja ruumala korrutis jagatud avsoluutse temperatuuriga on jääv suurus Moolides avaldatud, mistahes aine hulga korral omandab Clapeyroni võrrand kuju pV=nRT (MendelejeviClapeyroni võrrand) SISEENERGJA JA SELLE MUUTMISE VIISID. TD I. TDI energia jäävuse seadus, mis seob siseenergia töö ja soojushulga Kõikidest siseenergia liikidest muutub soojusnähtustes vaid molekulide kineetiline ja nende vastastikmõju potensiaalne energia
vastav rõhk (sõltuvalt valitud ühikutest), T0 normaal- ja standardtingimustele vastav temperatuur kelvinites (mõlemal juhul 273 K), P ja T aga rõhk ja temperatuur, mille juures maht V on antud või mõõdetud. Ühe mooli gaasilise aine korral PV const R T , 1.7 R – universaalne gaasikonstant n mooli gaasi kohta kehtib seos PV nRT ehk 1.8 m PV RT M Clapeyroni võrrand 1.9 Valemeid 1.8 ja 1.9 kasutatakse gaasi mahu leidmiseks temperatuuril T ja rõhul P, kui on teada gaasi moolide arv või mass. Järgmiste ühikute korral – rõhk P [Pa]; mass m [g]; moolide arv n [mol]; maht V [m3]; temperatuur T [K] on universaalse gaasikonstandi väärtus R= 8,314 J/mol ⋅ K. P 0Vm0 101325 Pa 0,0224138m 3 R 8,314 J / mol K T 273,15 K mol 1 Pa = 1 kg ⋅ m-1 ⋅ s-2
temperatuur:(t°): 273,15 K (0°C) õhurõhk (P): 100 000 Pa (0,987 atm; 750 mm Hg) Avogadro seadus. Kõikide gaaside võrdsed ruumalad sisaldavad ühesugusel temperatuuril ja rõhul võrdse arvu molekule või aatomeid (väärisgaasid). Kui normaaltingimustel on 1,0 mooli gaasi maht ehk molaarruumala Vm= 22,4 dm3/mol, siis standardtingimustel 101 325 Vm= 22,4·---------- = 22,7 dm3/mol 100 000 Kasutatud arvutusvalemeid: Clapeyroni võrrand: Ühe mooli gaasilise aine korral PVm R= -------- , kus R-universaalne gaasikonstant T mRT mRT n mooli gaasi kohta kehtib seos PV°= ------ ehk M= -------- M PV° PVT° Õhu maht V°= ------ , kus V°-gaasi maht normaal-või standardtingimustel P°T V-kolvi maht P-rõhk P°-normaaltingimustele vastav rõhk
Kolvi ja korgi mass m3=m1-mõhk=138,82-0,39=138,43g CO2 mass mCO2=m2-m3=138,95-138,43=0,52g Süsinikdioksiidi suhteline tihedus õhu suhtes m1 138,82 D 0,999 m2 138,95 Süinikdioksiidi molaarmass m gaas 0,52 M gaas * 29,0 * 29,0 38,667 g / mol mõhk 0,39 Süsinikdioksiidi molaarmass Mendelejev-Clapeyroni võrrandiga m m 0,52 PV RT M RT * 8,314 * 293 38,56 g / mol M PV 103300 * 0,318 * 10 3 Katse süstemaatiline viga M (CO2 ) 44,0 38,56 44 5,4 g / mol Suhteline süstemaatiline viga M (CO2 ) 44,0 38,56 44,0 % * 100% 12,36% 44,0 44,0
Kolvi ja korgi mass m3=m1-mõhk=138,82-0,39=138,43g CO2 mass mCO2=m2-m3=138,95-138,43=0,52g Süsinikdioksiidi suhteline tihedus õhu suhtes m1 138,82 D 0,999 m2 138,95 Süinikdioksiidi molaarmass m gaas 0,52 M gaas * 29,0 * 29,0 38,667 g / mol mõhk 0,39 Süsinikdioksiidi molaarmass Mendelejev-Clapeyroni võrrandiga m m 0,52 PV RT M RT * 8,314 * 293 38,56 g / mol M PV 103300 * 0,318 * 10 3 Katse süstemaatiline viga M (CO2 ) 44,0 38,56 44 5,4 g / mol Suhteline süstemaatiline viga M (CO2 ) 44,0 38,56 44,0 % * 100% 12,36% 44,0 44,0
35. Kirjutage Boltzmanni valem koos selgitustega. 36. Mis on süsteemi vabadusastmete arv? Mitu energia vabadusastet on ühest, kahest ja enamat aatomist koosneval gaasimolekulil? Üheaatomiline molekul - kolm vabadusastet Kaheaatmiline molekul viis vabadusastet Enamat kuus vabadusastet. 37. Sõnastage Avogadro seadus. Tuletage vastav valem (9.7). 38. Selgitage gaaside suhteliste molekulmasside määramist Avogadro sead use abil. 39*. Tuletage Mendelejev-Clapeyroni võrrand (9.11). Missugune on sel le kuju gaaside segu korral? 40+-. Kirjutage van der Waalsi võrrand koos selgitustega. Kirjeldage se lle saamist Mendelejev- Clapeyroni võrrandist. Kus : P rõhk N moolide arv a gaasi väärtus V gaasi ruumala b - elimineeritud maht ühe mooli kohta R Universaalne gaasikonstant T - temperatuur 41. Isotermilise protsessi definitsioon, võrrand, graafik, näide. Isotermiline protsess. Protsessi käigus ei muutu gaasi temperatuur.
PUHTA VEDELIKU KÜLLASTATUD AURURÕHU MÄÄRAMINE DÜNAAMILISEL MEETODIL SKEEM Tööülesanne: Dünaamiline aururõhu määramise meetod põhineb aine keemistemperatuuride mõõtmisel erinevate rõhkude juures. Teatavasti keeb vedelik temperatuuril, mil küllastatud aururõhk on võrdne välisrõhuga. Keemistemperatuuride mõõtmine erinevatel rõhkudel annab küllastatud aururõhu temperatuuriolenevuse. Viimasest saab Clapeyroni-Clausiuse võrrandi abil arvutada vedeliku auramissoojuse. Töö käik: Uuritav vedelik valatakse kuiva kolbi ning ühendatakse lihvi abil aparatuuri külge. Selle hermeetilisus kontrollitakse. Lülitatakse sisse kolvi küte nii, et vedelik hakkaks keema u 10 min jooksul. Märgitakse keemistemperatuur saavutatud rõhul.Edasi suurendatakse rõhku 20 mm Hg võrra, aetakse vedelik uuesti keema ning märgitakse konstantseks jäävad rõhu ja temperatuuri väärtused
Pilet 7 1. ideaalse gaasi olekuvvõrrand deaalse gaasi olekuvõrrand ehk Clapeyroni-Mendelejevi võrrand on võrrand, mis seob ideaalse gaasi olekuparameetreid, kui see gaas on tasakaaluolekus [1] Ideaalse gaasi olekuvõrrandi võib esitada kujul pV=nRT kus p on gaasi rõhk, V on ruumala, n on gaasi hulk (moolides), T on absoluutne temperatuur ning R on universaalne gaasikonstant (=8.3145 J/mol/K). 2.Elektrigeneraatori tööpõhimõte Energia muundamiseks magnetvälja vahendusel kasutatakse elektrimasinat.
g M gaas [ ] 0 mol ρ= 3 dm 22,4 [ ] mol Õhu mass: mõhk = ρ0 õhk ⋅ V0 Suhteline tihedus: m1 D= m2 Katse süstemaatiline viga, kus 44 g/mol on CO2 tegelik molaarmass: g E A =M −44,0 mol Katse suhteline viga: ¿ M CO −44,0∨∙ 100 ES = 2 44,0 Moolide arv: V0 n= Vm Clapeyroni võrrand: m PV = RT M Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid Kasutatud mõõteseadmed: tehniline kaal, 250 ml mõõtesilinder, baromeeter, termomeeter Kasutatud töövahendid: ~300 ml korgiga varustatud kolb, viltpliiats, CO2 balloon, Kasutatud ained: CO2, H2O, õhk Kasutatud uurimis- ja analüüsimeetodid ning metoodikad Meetod: Kolbi kogutud süsinikdioksiidi kaalumine ning selle põhjal arvutuste tegemine.
22,4 mõhk = 1,295 * 0,279 0,361g 3) Kolvi ja korgi mass ning CO2 mass m3 = 147,97 - 0,361 = 147,61g mCO2 = 148,5 - 147,61 = 0,54 g 4) Süsinikdioksiidi suhteline tihedus (D) õhu suhtes ning süsinikdioksiidi molaarmass. mCO2 D= mõhk 0,54 D= 1,496 0,361 M gaas = 1,496 * 29,0 43,38 g / mol 5) Süsinikdioksiidi molaarmass Mendelejev-Clapeyroni võrrandi abil 0,54 * 8,314 * 294 M CO2 = 43,43( g / mol ) 100300 * 303 6) Katse süstemaatiline ja suhteline süstemaatiline viga = 43,38 - 44 = 0,62 43,38 - 44 % = * 100% 1,4% 44 6. Kokkuvõte Viisime läbi katsed CO2 molaarmassi leidmiseks. Katsed olid suhteliselt edukad, tekkis 1,4%-line viga
1. Mida nim. molekulaarkineetiliseks teooriaks ja selle teooria kolm põhialust? See on õpetus, mis selgitab kehade ehitust ja omadusi aatomite ja molekulide vastasmõjust ja pidevast liikumisest lähtuvalt. 1)Kõik kehad koosnevad osakestest-molekulidest, aatomitest, ioonidest. 2)Kõik osakesed on pidevas kaootilises liikumises. 3)Koostisosakestevahelmõjuvad vastasmõju jõud. 2. Milline on aine mikroskoopiline ja makroskoopiline käsitlus, nimeta mikro ja makroparameetrid koos tähistega? Mikroparameetrid:.molekuli mass-m0, molekuli kiirus, molekulide kontsentratsioon-n Makro parameetrid:mass-m, rõhk-p, ruumala-V, temp-t 3. Mida nim. ainehulgaks, molaarmassiks, Avogadro arvuks, nende tähised ja ühikud. Ainehulk-füüsikaline suurus, mis määratakseaatomite arvuga-n(mol) Molaarmass-ühe mooli mass kg-s -M(kg/mol) Avogadro arv-6,02*1023 NA(1/mol) 4. Millised parameetrid on olekuparameetrid, miks? rõhk, ruumala ja temperatuur, ...
temperatuur, mille juures maht V on antud või mõõdetud. Ühe mooli gaasilise aine korral PV T = const = R 1.7 R – universaalne gaasikonstant n mooli gaasi kohta kehtib seos PV =n R T ehk 1.8 m PV = RT M Clapeyroni võrrand 1.9 Valemeid 1.8 ja 1.9 kasutatakse gaasi mahu leidmiseks temperatuuril T ja rõhul P, kui on teada gaasi moolide arv või mass. 3 Järgmiste ühikute korral – rõhk P [Pa]; mass m [g]; moolide arv n [mol]; maht V [ m ]; temperatuur T [K] on universaalse gaasikonstandi väärtus R = 8,314 J/mol ⋅ K. 0 0 3
Töö teostamise Kontrollitud: Arvestatud: kuupäev: 19.02.14 Töö ülesanne. Dünaamiline aururõhu määramise meetod põhineb aine keemistemperatuuride mõõtmisel erinevate rõhkude juures. Teatavasti keeb vedelik temperatuuril, mil küllastatud aururõhk on võrdne välisrõhuga. Keemistemperatuuride mõõtmine erinevatel rõhkudel annab küllastatud aururõhu temperatuuriolenevuse. Viimasest saab Clapeyroni-Clausiuse võrrandi abil arvutada vedeliku auramissoojuse. Töö käik. Katseseadeldis oli juba kokku pandud. Vaakumpumba abil luuakse seadmes hõrendus. Suletakse kraan 10. Kolvi küte lülitatakse sisse mille intensiivsust reguleeritakse tilgaloenduri järgi. Õige küttereziimi korral on tilkade arv minutis vee puhul 8-25, teiste vedelike puhul veidi suurem. Auru ja vedeliku tasakaal saavutatakse termomeetri pesa
Oluline. Tõesta valem 13. Keemiline potentsiaal. Tuleta reaktsiooni üldvõrrand 14. Keemilise tasakaalu üldvõrrand. Tuleta reaktsiooni üldvõrrand 15. Rõhu ja temperatuuri mõju reaktsiooni tasakaalule. Tasakaalukonstandi erinevad väljendusviisid Kp, Kc ja Kx. 16. Reaktsiooni isoterm. Tasakaalukonstandi sõltuvus temperatuurist Ainult valem. 17. Gibbsi faaside reegel 18.Ühekomponendiliste süsteemide kirjeldamine faasidiagrammi abil.. Vee olekudiagramm. 19. Clausiuse - Clapeyroni võrrand. Valem 20. Kahekomponendiliste süsteemide kirjeldamine faasidiagrammide abil. Tooge lihtsaimaid näiteid. 20.21.22. vali ise faasiga-kirjeldus ja joonis. 21. Faasidiagrammi alusel loetleda tasakaalulised faasid diagrammil; 22. Piiratult lahustuvate vedelike kirjeldamine faasidiagrammi abil. 23. Partsiaalsed moolsuurused. Gibbsi-Duhemi võrrand. Aint põhimõte. 24. Ideaallahused, lõpmatult lahjad lahused, reaalsed lahused. Erinevus. 25. Ideaallahuste entroopia. 26
Üliõpilase nimi ja Õpperühm eesnimi Töö teostamise Kontrollitud: Arvestatud: kuupäev: 23.03.2011 TÖÖÜLESANNE Dünaamiline aururõhu määramise meetod põhineb aine keemistemperatuuride mõõtmisel erinevate rõhkude juures. Teatavasti keeb vedelik temperatuuril, mil küllastatud aururõhk on võrdne välisrõhuga. Keemistemperatuuride mõõtmine erinevatel rõhkudel annab küllastatud aururõhu temperatuuriolenevuse. Viimasest saab Clapeyroni-Clausiuse võrrandi abil arvutada vedeliku auramissoojuse. APARATUUR Koosneb elektriküttega kolvist 1 ning ebulliomeetrist 2, milles on pesa 3 termomeetri jaoks. Termomeetri tasku on täidetud alumiiniumpulbri suspensiooniga õlis, millel on hea soojusjuhtivus. Kolb 1 on ühendatud vaakumsüsteemiga jahuti 5 kaudu. Jahutis toimub aurude kondensatsioon, millega välditakse nende kondenseerumine ühendustorudes ja manomeetris 8
kuupäev: 27.02.2012 Seade küllastunud aururõhu määramiseks Töö ülesanne: Dünaamiline aururõhu määramise meetod põhineb aine keemistemperatuuride mõõtmisel erinevate rõhkude juures. Teatavasti keeb vedelik temperatuuril, mil küllastatud aururõhk on võrdne välisrõhuga. Keemistemperatuuride mõõtmine erinevatel rõhkudel annab küllastatud aururõhu temperatuuriolenevuse. Viimasest saab Clapeyroni-Clausiuse võrrandi abil arvutada vedeliku auramissoojuse. Töö käik: Uuritav vedelik valatakse kuiva kolbi 1, mis ühendatakse klaaslihvi abil ülejäänud seadmega. Kontrollitakse seadme hermeetilisust. Seejärel lülitatakse sisse kolvi küte sellise arvestusega, et vedelik hakkaks keema ~10 minuti jooksul. Auru ja vedeliku segu tõuseb kolvis üles ja paiskub vastu termomeetri pesa 3 . Vedelik voolab kolbi tagasi, aur aga tõuseb toru 4 kaudu jahutisse
Alustasim 100 torrist ja kõige viimane mõõtmine oli Töövahendid. Ebulliomeeter, Vaakumpumba süsteem SC 950, elektriküttega kolb, jahuti, amp Töö käik. Mõõtmisi alustatakse madalamast rõhus ja seejärel suurendasime järkjärgult rõhku se määrasime vedeliku keemistemperatuur erinevatel rõhkudel. Viimase lugemise tegim eemistemperatuuride mõtmisel erinevate rõhkude juures. urõhk on võrdne välisrõhuga. Keemistemperatuuride temperatuurriolenevuse. Viimasest saab Clapeyroni- imane mõõtmine oli atmosfäärirõhul ega kolb, jahuti, ampermeeter, vahepudelid, trafo me järkjärgult rõhku seadmes vastavalt etteantud sammule ja mase lugemise tegime Uuritav aine Jrk. Nr. Keemistemperatuur t, °C T, K 1/T 𝑝_𝑎𝑢𝑟, torr 1 39.5 312.65 0.00319846474 2 49
m3 = 143,03 – 0,384 = 142,65 g ja CO2 mass (m(CO2)) vahest m(CO2) = m2 – m3 m(CO2) = 143,22 – 142,65 = 0,57 g 4) Leitud süsinikdioksiidi ning õhu massidest m(CO2)ja mõhk arvutan süsinikdioksiidi suhtelise tiheduse (D) õhu suhtes ning selle kaudu süsinikdioksiidi molaarmassi M(CO2). Mgaas = Dõhk * 29,0 = mgaas / mõhk * 29,0 M(CO2) = 1,484 · 29,0 = 43,05 g/mol 5) Leian süsinikdioksiidi molaarmassi M(CO2) Mendelejev-Clapeyroni võrrandi abil. PV = (m/M)RT M = (mRT)/(PV) M(CO2) = LISA ARVUTUS = 42,896 g/mol 6) Arvutan katse süstemaatilise vea, lähtudes CO2 tegelikust molaarmassist 44,0 g/mol ja katseliselt määratud molaarmassist M(CO2). ∆ = M(CO2) – 44,0 ∆ = 43,05 – 44,0 = -0,95 g/mol ja suhtelise süstemaatilise vea ∆% = ((M(CO2) – 44,0) / 44,0) * 100% ∆% = LISA ARVUTUS = -2,16 % Kokkuvõte
Pilet 10 1. Ideaalse gaasi olekuvõrrand Ideaalse gaasi olekuvõrrand ehk Clapeyroni-Mendelejevi võrrand on võrrand, mis seob ideaalse gaasi olekuparameetreid, kui see gaas on tasakaaluolekus [1] Ideaalse gaasi olekuvõrrandi võib esitada kujul pV=nRT kus p on gaasi rõhk, V on ruumala, n on gaasi hulk (moolides), T on absoluutne temperatuur ning R on universaalne gaasikonstant (=8.3145 J/mol/K). 2. Harmoonilise vvõnkumise energia Harmooniliste võnkumiste energia on võrdeline amplituudi ruuduga: E = 1/2 m 2A2
4) Leitud süsinikdioksiidi ning õhu massidest mCO2 ja mo~hk arvutada süsinikdiok- siidi suhteline tihedus (D) õhu suhtes ning selle kaudu süsinikdiok- siidi molaarmass M(CO2). CO2 = o~hk 0,53 = = 1,47 0,36 M(CO) = Dõhk * 29,0 = 1,47 * 29,0 = 42,63g/mol 5) Leida süsinikdioksiidi molaarmass M(CO2 ) Mendelejev Clapeyroni võrrandi abil = = 8,314 297 0,53 = = 42,68/ 100200 0,306 10¯³ 6) Arvutada katse absoluutne viga, lähtudes CO2 tegelikust molaarmassist 44,0 g/mol ja katseliselt määratud molaarmassist M(CO2). = M(CO2) - 44, 0, [g/mol]
Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs Õhu maht kolvis normaaltingimustel T0 = 273,15 K P0 = 101325 Pa T = 20 + 273,15 = 293,15 K Õhu tihedus Õhu mass Kolvi ja korgi mass CO2 mass CO2 suhteline mass CO2 molaarmass Katse süstemaatiline viga Suhteline viga CO2 molaarmassi leidmine a) moolide arvu kaudu V0= 0,2876 dm3 Vm = 22,4 mol/dm3 mCO2 = 0,581 g b) kasutades Clapeyroni võrrandit R = 8,314 J/mol K V = 0,314 dm3 = 0,000314 m3 Eksperimentaalne töö 2 Metalli massi määramine reaktsioonis eralduva gaasi mahu järgi Töö ülesanne ja eesmärk Töö eesmärk on leida magneesiumi mass reaktsioonis soolhappega eralduva vesiniku mahu järgi Sissejuhatus Vesiniku mahu viimiseks normaaltingimustele kasutatakse valemit
tihedus (D) õhu suhtes, kasutades valemit: mgaas D= mõhk 0,53 g D= =1,476 0,359 g Saadud suhte järgi leian süsinikdioksiidi molaarmassi: M gaas D= ⇒ M gaas =M õhk × D M õhk g g M CO =29,0 ×1,476=42,8 2 mol mol 5) Leian süsinikdioksiidi molaarmassi Mendelejev–Clapeyroni võrrandi abil: m R × T ×m P× V = × R ×T ⇒ M = M P× V Pa× m3 8,314 ×295 K ×0,53 g mol × K g M CO = −3 3 =42,5 2 100900 Pa× 0,322× 10 m mol 6) Veaarvutused esimese tulemuse puhul: g M CO , tegelik =44,0 2
Molaarmassiks M nim suurust, mis võrdub aine massi m ja ainehulga V suhtega. Molekuli massi m0 tuleb keha mass m jagadasselle keha molekulide arvuga. St; molekuli massi leidmiseks tuleb teada selle molaarmassi M ja Avogaadro arvu. Ideaalse gaasi olekuvõrrand. Ideaalne gaas gaas, kus molekulide vahlised tõmbejõud puuduvad, tõukejõud mõjuvad aga molekulide omavahelisel põrkumisel ja põrkumisel vastu anuma seina. Ideaalse gaasi olekuvõrrand seob 3e gaasi parameetrit: See on Clapeyroni võrrand. Nende 3e suuruse vaheline seos on konstantnesuurus, mis on ühe mooli gaasi puhul kõikidel gaasidel ühesugune. Seda nim unevrsaalseks gaasi konstandiks ja tähis on R. Medeleejev andis olekuvõrranditele sellise kuju: See on Medeleejevi Clapeyroni võrrands. Lähtudes molekulaarkineetilise teooria põhialusest, on tuletatud valem gaasi rõhu arvutamiseks: (m0=gaasi molekuli mass; V- molekuli kiiruse keskmine väärtus; n- molekulide konsentratsioon). Seda nim
44 Leida süsinikdioksiidi molaarmass, kasutades ka muid lahenduskäike 0 a)moolide arvu kaudu (V CO → nCO → M CO ) 2 2 2 0 VCO2 0,2892 n CO = = =0,0129 mol 2 Vm 22,4 mCO 0,57 M CO = = 2 =44,19 g / mol 2 nCO 0,0129 2 b)kasutades Clapeyroni võrrandit n CO ⋅R⋅T 0,0129⋅8,314⋅295,15 P⋅V =n⋅R⋅T → V CO = 2 = =0,000308 m3 2 P 102800 m m CO ⋅R⋅T 0,57⋅8,314⋅295,15 P⋅V = R⋅T → M CO = = 2 =44,18 g / mol
M CO =D õhk ∙29,0 [ ] 2 mol g M CO =1,34 ∙29,0 =38,86 g/mol 2 mol 5) Süsinikdioksiidi molaarmass Mendelejev–Clapeyroni võrrandi abil Andmed: Pa∙ m3 m[ g]∙ R [ ]∙ T [K ] R=8,314 Pam3/molK m mol ∙ K P∙ V = ∙ R∙ T =¿ M CO = 3
annaabi.ee 
