PUHTA VEDELIKU KÜLLASTATUD AURURÕHU MÄÄRAMINE DÜNAAMILISEL MEETODIL (0)

TTÜ Materjaliteaduse Instituut
Füüsikalise keemia õppetool
Töö nr. 6

PUHTA VEDELIKU KÜLLASTATUD AURURÕHU MÄÄRAMINE DÜNAAMILISEL MEETODIL

Üliõpilane Irina Petrotsenko
Kood 150510CTF
Töö teostatud
12.02.2015
....................................
märge arvestuse kohta,
õppejõu allkiri
Aparatuur (vt joonis) 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.
Joonis. Seade vedeliku küllastatud aururõhu määramiseks
Töö 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).
Töö ülesanne. Dünaamiline aururõhu määramise meetod põhineb aine keemistemperatuuride mõõtmisel erinevate rõhkude juures, mis oli antud õppejõudu poolt. 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.
1014,2 hPa = 101420 Pa
101325 Pa = 760 mmHg
101420 Pa = X
X =
= 760,71 mmHg
Atmosfäärirõhk Patm= 760,71 mm Hg
Katse nr.
Keemis­temperatuur
t, °C
T, K
1/ T
h,
mm Hg
paur,
mm Hg
ln paur
1
31
304
3,29 x
630
130,71
4,87
2
45,5
318,5
3,14 x
530
230,71
5,44
3
55
328
3,05 x
430
330,71
5,80
4
62
335
2,98 x
330
430,71
6,06
5
68,5
341,5
2,93 x
230
530,71
6,27
6
74
347
2,88 x
130
630,71
6,45
7
77
350
2,86 x
0
760,71
6,63
Arvestused katseandmete põhjal.
1) Graafikud paur = f (t) ja ln (paur) = f (1/T);
2) Teise graafiku alusel arvutan empiirilise võrrandi ln p = A + B*1/T koefitsiendid A ja B kui saadud logaritmilise graafiku sirge algordinaat ja tõus.
a) Tabelarvutusprogrammi graafikust
y = -3980x + 17,945
A=17,945
B= -3980
b) Vähimruutude meetodil
Mõõtmine
t, °C
T, K
paur,
y = ln p
x = 1/T
x · y
x2
mm Hg
1
31
304
130,71
4,87298113
0,003289474
0,016029543
0,00001082
2
45,5
318,5
230,71
5,44116151
0,003139717
0,01708371
0,00000986
3
55
328
330,71
5,80124186
0,00304878
0,017686713
0,00000930
4
62
335
430,71
6,06543501
0,002985075
0,018105776
0,00000891
5
68,5
341,5
530,71
6,27421573
0,002928258
0,01837252
0,00000857
6
74
347
630,71
6,44684617
0,002881844
0,018578807
0,00000831
7
77
350
760,71
6,63425221
0,002857143
0,018955006
0,00000816
n = 7




3) Arvutan aine aurustumissoojus, arvestades, et sirge tõus B graafikul ln (paur) = f (1/T)
( 3980)
8,314 J /K
mol = 33089,72 J / mol
4) Arvutan saadud sirge võrrandist ln p = A + B*1/T aine keemistemperatuur T0 normaalrõhul (p0 = 760 mm Hg);
ln p = A + B*1/T T=
T0== 3980/(6,6333 17,945) = 3980 / 11,3117 =351,8480865 K ≈ 351,85 K
351,85 K ≈ 78,85 0C
5) Arvutan Troutoni konstant, s.o. entroopia muut 1 mooli aine aurustumisel normaalrõhul aine keemistemperatuuril T0, K:
≈ 10,5 R (paljudel ainetel 85...90 J K–1 mol–1)
94,045 J / Kmol
Järeldused. Selles töös ma määrasin puhta vedeliku küllastadud aururõhu dünaamilisel meetodil. Arvutatud aurustamissoojuse väärtus on 33089,72 J / mol ja keemisetemperatuur normaalrõhul on 351,85 K (≈ 78,85 0C). Benseeni keemistemperatuur normaalrõhul kirjanduse andmete järgi 82,93°C. Kirjanduse järgi benseeni entroopia on 89,45 J/Kmol normaal tingimusega ja katsetulemuste järgi tuli 94,045
J/Kmol.