FK 6. Puhta vedeliku küllastunud aururõhu määramine (0)

TTÜ Materjaliteaduse Instituut
Füüsikalise keemia õppetool
Töö nr. 6
Puhta vedeliku küllastunud aururõhu määramine dünaamilisel meetodil
Üliõpilane
Kood
Töö teostatud
....................................
märge arvestuse kohta,
õppejõu allkiri
Töö ülesanne.
Dünaamiline aururõhu määramise meetod põhineb aine keemistemperatuuride mõõtmisel erinevate rõhkude juures. Teatavasti keeb vedelik temperatuuril, mille juures tema küllastatud aururõhk on võrdne välisrõhuga. Keemistemperatuuride mõõtmine erinevatel rõhkudel annab küllastatud aururõhu temperatuuriolenevuse. Viimasest saab Clapeyroni -Clausiuse võrrandi abil arvutada vedeliku aurustumissoojuse .
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.
Süsteemis on kaks vahepudelit 7 ja 9, millest viimane on kraani 10 kaudu ühendatud Komovski vaakumpumbaga.
Katse käik.
Uuritav vedelik valatakse kuiva kolbi 1 (täidetakse 3/4 kolvist), mis ühendatakse klaaslihvi abil ülejäänud seadmega . Seejärel kontrollitakse seadme hermeetilisust. Selleks avatakse kraan 10 ning vaakumpumba abil luuakse seadmes hõrendus – elavhõbedasammas tõstetakse veidi kõrgemale sellest, mille juurest mõõtmist vastavalt tööülesandele alustatakse (küsida juhendajalt). Suletakse kraan 10. Seadet võib lugeda hermeetiliseks, kui elavhõbedasamba kõrgus jääb suletud kraanide korral muutumatuks.
Seejärel lülitatakse sisse kolvi küte sellise arvestusega, et vedelik hakkaks keema ~10 minuti jooksul ( voolutugevust või pinget, mis on märgitud näidikul, ei tohi ületada!). Kolvi kütet, s.o. vedeliku keemise intensiivsust reguleeritakse küttekehale rakendatavat pinget muutes st reostaati keerates, jälgides samal ajal tilgaloendurit. Õige kütterežiimi korral, selleks et temperatuur oleks püsiv, peab tilkade arv olema optimaalne. Vee puhul on minutis lubatud tilkade arv 10-25; teiste vedelike korral veidi suurem. Kui tilkade arv on alla 10, on soojuse juurdevool mitteküllaldane; liialt intensiivse keemise juures kasvab aga rõhk ebulliomeetris, mistõttu mõõdetud keemistemperatuur osutub liiga kõrgeks.
Kuni kolb soojeneb, fikseeritakse elavhõbedasamba kõrgus esimesel etteantud väärtusel (rõhul), avades korraks minimaalselt kraani 11.
Auru ja vedeliku segu tõuseb kolvis üles ja paiskub vastu termomeetri pesa 3 . Vedelik voolab kolbi tagasi, aur aga tõuseb toru 4 kaudu jahutisse. Kondenseerunud aur satub tilgaloenduri ja ülevoolutoru 6 kaudu samuti tagasi kolbi 1. Auru ja vedeliku tasakaal saavutatakse termomeetri pesa välispinnal ning tasakaalu saabumist võib hinnata termomeetri näidu stabiliseerumise järgi. Praktiliselt stabiliseerub keemistemperatuur 10 minutiga.
Seejärel märgitakse tabelisse keemistemperatuur etteantud rõhul (elavhõbedasamba kõrgusel). Kui elavhõbedasammas on vahepeal etteantud väärtuselt langenud, suurendatakse vaakumit pumba abil, püüdes saavutada kolvi kütte reguleerimisega stabiilse keemise etteantud rõhul. Kui see rõhk siiski veidi etteantud rõhust erineb, on olulisem märkida üles täpne rõhk (elavhõbedasamba nivoo) optimaalse keemisrežiimi saavutamisel. Edasi avatakse veidi kraani nii, et rõhk aparaadis suureneks (elavhõbedasammas langeks ). Selleks, et vedelik hakkaks uuesti keema, tõstetakse veidi küttespiraali pinget (mida suurem rõhk, seda kõrgem keemistemperatuur). Kui vedeliku keemisel termomeetri näit jääb konstantseks ja tilkade arv on optimaalne, siis märgitakse jälle üles rõhu ja sellele rõhule vastava keemistemperatuuri väärtused. Järk järgult rõhku seadmes suurendades määratakse vedeliku keemistemperatuur mitmel erineval rõhul vastavalt etteantud sammule.
Teoreetiline põhjendus, valemid.
Seadeldises valitsev rõhk (vedeliku aururõhk)
paur = Patm – h,
kus
Patm – atmosfäärirõhk, mm Hg (baromeetri lugem või otsitud katse ajal veebist: www.ilm.ee)
h – elavhõbeda nivoode vahe manomeetris, mm (lugem skaalalt)

Katseandmete põhjal

1) Koostatakse kaks graafikut: paur = f (t) ja ln (paur) = f (1/T);
2) Teise graafiku alusel arvutatakse empiirilise võrrandi ln p = A + B*1/T koefitsiendid A ja B kui saadud logaritmilise graafiku sirge algordinaat ja tõus;
a) tabelarvutusprogrammi graafikult, nagu näidatud eespool ,
b) vähimruutude meetodil (käsitsi või Exceli tabelit kasutades);
3) Arvutatakse aine aurustumissoojus , arvestades, et sirge tõus B graafikul ln (paur) = f (1/T)
ja graafikul log (paur) = f (1/T)
4) Arvutatakse saadud sirge võrrandist ln p = A + B*1/T aine keemistemperatuur T0 normaalrõhul (p0 = 760 mm Hg);
5) Arvutatakse Troutoni konstant, s.o. entroopia muut 1 mooli aine aurustumisel normaalrõhul aine keemistemperatuuril T0, K:
≈ 10,5 R (paljudel ainetel 87...89 J K–1 mol–1)

Vähimruutude meetod

Sirge võrrandi ln p = A + B*1/T konstandid A ja B saab arvutada ka järgmistest seostest – nn. vähimruutude meetodil:
kus
n – mõõtmiste arv,
y – ln p (või log p) väärtused,
x – 1/T väärtuse
Katseandmed .
Mõõtmine
t, °C
T, K
paur,
mm Hg
y = ln p
x = 1/T
x · y
x2
1
26
299
89
4,489
0,003344
0,01501
0,00001119
2
41
314
189
5,242
0,003185
0,01669
0,00001014
3
51,5
324,5
289
5,666
0,003082
0,01746
0,00000950
4
60
333
389
5,964
0,003003
0,01791
0,00000902
5
67
340
489
6,192
0,002941
0,01821
0,00000865
6
72
345
589
6,378
0,002899
0,01849
0,00000840
7
77
350
689
6,535
0,002857
0,01867
0,00000816
n =7
y = 40,466
x =

x·y =

x2 =

Graafikud.
Arvutused.
Algordinaat ja tõus graafikult :
y = -4147,7 x + 18,408
B= -4147,7
A= 18,408
Vähimruutude meetod:
Aine aurustumissoojuse arvutus:
Aine keemistemperatuur T0 normaalrõhul võrrandist ln p= A+B* 1/T
 T0 = 79,11 ̊ C
Troutoni konstant
Järeldused.
Töö ülesandeks oli dünaamilise aururõhu määramise meetod aine keemistemperatuuride mõõtmisel erinevate rõhkude juures.
Sain aurustumissoojuse väärtuseks
Uuritavaks vedelikuks oli meil benseen. Katselisel teel leitud keemistemperatuur tuli 79,11 ̊ C, teoreetiline on aga 80,1 ̊ C.
Arvutatud Troutoni konstandi väärtuse sain mina 97,89 J/Kmol.