FK labor 6: Puhta vedeliku küllastatud aururõhu määramine dünaamilisel meetodil (2)

TTÜ
Materjaliteaduse instituut
füüsikalise keemia õppetool
Töö nr 6.
Töö pealkiri: Puhta vedeliku küllastatud aururõhu määramine dünaamilisel meetodil
Üliõpilase nimi ja eesnimi :
Õpperühm
Töö teostamise
kuupäev:
Kontrollitud:
Arvestatud:
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.
Katse käik.
Uuritav vedelik valatakse kuiva kolbi 1 (täidetakse 3/4 kolvist), mis ühendatakse klaaslihvi abil ülejäänud seadmega (üldjuhul on seade laborandi poolt juba koostatud). 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 (nende väiksema aurustumissoojuse tõttu) 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.
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)
Edasi avatakse veidi kraani 11 nii, et rõhk aparaadis suureneks (elavhõbedasammas langeks ) praktikumi juhendaja poolt etteantud sammu võrra. 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. Viimane lugem tehakse atmosfäärirõhul (kraan avatud).
Katseandmed
Atmosfäärirõhk Patm= 770 mm Hg
Katse nr.
Keemis­temperatuur
t, °C
T, K
1/ T
h,
mm Hg
paur,
mm Hg
ln paur
1.
32 0C
305 K
0,00328
635 mmHg
135 mmHg
4,9053
2.
45,5 0C
318,5 K
0,00314
538 mmHg
232 mmHg
5,4467
3.
55 0C
328 K
0,00305
443 mmHg
327 mmHg
5,7900
4.
62,5 0C
335,5 K
0,00298
342 mmHg
428 mmHg
6,0591
5.
68,5 0C
341,5 K
0,00293
243 mmHg
527 mmHg
6,2672
6.
74 0C
347 K
0,00267
142 mmHg
628 mmHg
6,4425
7.
80,5 0C
353,5 K
0,00283
0 mmHg
770 mmHg
6,6464
Katseandmete põhjal

Graafikud : paur = f (t) ja ln (paur) = f (1/T)

Teise graafiku alusel arvutatud empiirilise võrrandi ln p = A + B*1/T koefitsiendid A ja B kui saadud logaritmilise graafiku sirge algordinaat ja tõus;

tabelarvutusprogrammi graafikult, nagu näidatud eespool
A = 17,6
B = -3873,1

vähimruutude meetodil (Exceli tabelit kasutades);
Mõõtmine
t, °C
T, K
paur,
mm Hg
y = ln p
x = 1/T
x · y
x2
1.
32 0C
305 K
135
4,9053
0,00328
0,01608
1,07498E-05
2.
45,5 0C
318,5 K
232
5,4467
0,00314
0,01710
9,85783E-06
3.
55 0C
328 K
327
5,7900
0,00305
0,01765
9,29506E-06
4.
62,5 0C
335,5 K
428
6,0591
0,00298
0,01806
8,88413E-06
5.
68,5 0C
341,5 K
527
6,2672
0,00293
0,01835
8,57469E-06
6.
74 0C
347 K
628
6,4425
0,00267
0,01857
8,30503E-06
7.
80,5 0C
353,5 K
770
6,6464
0,00283
0,01880
8,00242E-06
n = 7
y = 41,55723
x =0,021087
x·y =0,1246
x2 = 6,3669E-05
kus
n – mõõtmiste arv,
y – ln p (või log p) väärtused,
x – 1/T väärtused

Arvutatud aine aurustumissoojus , arvestades, et sirge tõus B graafikul ln (paur) = f (1/T)

Arvutatud saadud sirge võrrandist ln p = A + B*1/T aine keemistemperatuur T0 normaalrõhul (p0 = 760 mm Hg);
= 353,2 K

Arvutatud 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)
Järeldused.
Määrasin puhta vedeliku küllastatud aururõhku dünaamilisel meetodil.
Arvutatud aurustumissoojus oli 32,2 kJ
Arvutatud keemistemperatuur normaalrõhul 760 mmHg oli 353K, katses saadud keemistemperatuur õhurõhul 770 mmHg oli 353,5 K, seega võib oletada, et tulemused olid piisavalt täpsed.
Arvutatud Troutoni konstant oli 91,2 J/K·mol, kirjanduse järgi peaks olema 89,45 J/ K· mol.
Kasutatud kirjandus

Praktikumi tööde juhendid, FK6. Puhta vedeliku küllastatud aururõhu määramine,
https://moodle.e-ope.ee/course/view.php?id=3714

Internet , Wikipedia the free encyclopedia, Trouton ’s rule ,
http://en.wikipedia.org/wiki/Trouton%27s_rule