Füüsikaline keemia labor 6 (0)

TTÜ Materjaliteaduse Instituut
Füüsikalise keemia õppetool
Töö nr. 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.
Süsteemis on kaks vahepudelit 7 ja 9, millest viimane on kraani 10 kaudu ühendatud Komovski vaakumpumbaga.
Joon 8. Seade vedeliku küllastatud aururõhu määramiseks
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 selliselt , et jääkrõhk (Patm – hHg) oleks benseeni korral ~80 mm Hg, tolueeni puhul ~20 mm Hg. Suletakse kraan 10. Seade loetakse hermeetiliseks, kui 10 minuti jooksul rõhk seadmes ei kasva rohkem kui 1...2 mm Hg. Seejärel lülitatakse sisse kolvi küte sellise arvestusega, et vedelik hakkaks keema ~10 minuti jooksul. Kolvi kütet, s.o. vedeliku keemise intensiivsust reguleeritakse tilgaloenduri järgi. Õige kütterežiimi korral, selleks et temperatuur oleks püsiv, peab tilkade arv olema optimaalne. Vee puhul on minutis lubatud tilkade arv 8-25; teiste vedelike korral (nende väiksema auramissoojuse tõttu) veidi suurem. Kui tilkade arv on alla 8, on soojuse juurdevool mitteküllaldane; liialt intensiivse keemise juures kasvab aga rõhk ebulliomeetris, mistõttu mõõdetud keemistemperatuur osutub liiga kõrgeks.
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 keemistemperatuur saavutatud rõhul.
Seadeldises valitsev rõhk (vedeliku aururõhk)
paur = Patm – h,
kus
Patm - atmosfäärirõhk (baromeetri lugem),
h - elavhõbeda nivoode vahe manomeetris, mm
Katseandmed
Atmosfäärirõhk Patm765 mm Hg
Jrk. nr
t, °C
T, K
paur, mmHg
y = logpaur
x = 1/T
x · y
x2
lnpaur
1
26,5
299,65
105
2,021
0,0033
0,0067
1,1137E-05
4,65396
2
42,5
315,65
205
2,312
0,0032
0,0073
1,0037E-05
5,32301
3
53
326,15
305
2,484
0, 0031
0,0076
9,4008E-06
5,72031
4
61
334,15
405
2,607
0,0030
0,0078
8,9561E-06
6,00389
5
67,5
340,65
505
2,703
0,0029
0,0079
8,6175E-06
6,22456
6
73
346,15
605
2,782
0,0029
0,0080
8,3459E-06
6,40523
7
77,5
350,65
705
2,848
0,0029
0,0081
8,1330E-06
6,55820
8
80,5
353,65
765
2,884
0,0028
0,0082
7,9956E-06
6,63988
n =8
y
x
 x·y
x2 = s
 
20,6416
0,0241
0,0617
7,2623E-05
Graafikud:
Arvutused atseandmete põhjal:
1) arvutatakse empiirilise võrrandi logp = A + B*1/T koefitsiendid A ja B
a) kui saadud logaritmilise graafiku sirge algordinaat ja tõus,
y = -1694,3x + 7,6774
A=7,6774
B=-1694,3
b) käsitsi vähimruutude meetodil;
=7,6774
=-1694,3
2) arvutatakse aine auramissoojus,
=>=­ -B*
=32441 J/mol
3) arvutatakse saadud sirge võrrandist aine keemistemperatuur normaalrõhul (760 torr );
log760= -1694,3x + 7,6774
x=(7,6774-log760)/ 1694,3
x=1/T => T=1/x=353,23 K
t=80,08°C
4) arvutatakse Troutoni konstant, s.o. entroopia muut 1 mooli aine aurustumisel normaalrõhul aine keemistemperatuuril Tn.r:
=32441/353,23=91,84
Järeldus:
Benseeni keemistemperatuur normaalrõhul katse tulemuste järgi on 80,08°C ja kirjanduse andmete järgi 80,1°C.
Troutoni konstant tuli 91,84 J/Kmol, kirjanduses on samaks suuruseks antud benseeni puhul 89,45 J/Kmol
Katset võib lugeda õnnestunuks.