PUHTA VEDELIKU KÜLLASTATUD AURURÕHU MÄÄRAMINE DÜNAAMILISEL MEETODIL (0)

TTÜ Materjaliteaduse Instituut
Füüsikalise keemia  õppetool
Töö nr.  6
PUHTA VEDELIKU  KÜLLASTATUD  AURURÕHU MÄÄRAMINE
DÜNAAMILISEL MEETODIL
Töö teostatud
05.03.2015
....................................
märge arvestuse kohta,
õppejõu al kiri
FK laboratoorne töö 6
PUHTA VEDELIKU KÜLLASTATUD AURURÕHU MÄÄRAMINE
DÜNAAMILISEL MEETODIL
Töö   ülesanne.   Dünaamiline   aururõhu   määramise   meetod   põhineb   aine   keemistemperatuuride   mõõtmisel
erinevate   rõhkude   juures.   Teatavasti   keeb   vedelik   temperatuuril,   mille   juurestema   küllastatud    aururõhk    on
võrdne   välisrõhuga.   Keemistemperatuuride   mõõtmine   erinevatel   rõhkudel   annab   küllastatud   aururõhu
temperatuuriolenevuse. Viimasest saab  Clapeyroni -Clausiuse võrrandi abil arvutada vedeliku  aurustumissoojuse .
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
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. Seadetvõib 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.
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  pooltetteantud 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   jatilkade   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 esitatakse järgmise tabeli kujul.
Atmosfäärirõhk   Patm=  .............mmHg
Keemis-
h,
p
Katse nr.
temperatuur
T,K
1/ T
aur, 
ln p 1
mm Hg
mm Hg
aur
t, °C
1
2
Andmete töötlemine  arvutil
Tabeli   tulbad   1/T   ja   ln   paur  sisestada   sobivasse   tabelarvutusprogrammi   ( Excel ,   Origin,    OpenOffice    Calc).
Tulemuste   analüüsiks   tuleb    katsetulemused    esialgu   esitada   graafikuna   koordinaatides
 
ln p = f (1/T). Graafiku tüübiks valida   Scatter (ainult punktid ilma joonteta). Seejärel valitakse regressiooni-
võrrand.   Antud   katses   tuleb    Exceli    puhul   klõpsata   parema   hiireklahviga   katsepunktidel   ja   valida   Insert
trendline/ Linear /Options/ Display    equation   on    chart   (Origin'i   korral   FIT   LINEAR).   Leitud
1 Või log (paur) – vastavalt sellele on ka arvutusvalemid erinevad (ln x = 2,303·log x) 
regressioonivõrrand kuvatakse graafikul ning võrrandi parameetrite (tõus, algordinaat) abil arvutatakse vedeliku
aurustumise entalpia. Siinkohal on esitatud näide katseandmete töötlemisest programmiga Excel. 
1/T
log paur
0.00308
2.0675
0.00305
2.1265
0.00299
2.2299
logpaur
0.00294
2.3135
3.0000
0.00292
2.3460
2.8000
f(x) =  -  1803 .67x + 7.62
0.0029
2.3910
2.6000
logp 2.4000
0.00287
2.4359
2.2000
0.00284
2.4797
2.0000
0.00282
2.5209
0
0
0
0
0
0
0
1/T
0.00281
2.5499
0.00279
2.5886
0.00277
2.6312
0.00274
2.6691
0.00273
2.6997
0.00271
2.7354
Laboratoorne töö 6.    Puhta vedeliku küllastatud aururõhu määramine  dünaamilisel   meetodil.  Vormistatud
Exceliga. NB! Näiteks toodud graafikul on arvutused tehtud kümnendlogaritme kasutades.
Katseandmete põhjal
1) Koostatakse kaks graafikut:paur = f (t)jaln (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)
H
B
aur
  R
ja graafikul log(paur) = f(1/T)
H

B
aur
  3,
2 03R
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: 
Haur
1

1

S 
J  K  mol
0
T
 ≈ 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:
2
x  y  x  y  x
A 
2
nx  x2
nx  y  x  y
B 
2
nx  x2
kus 
n – mõõtmiste arv,
y 
– lnp (või log p) väärtused,
x 
– 1/T väärtused
Vastuvõetava tulemuse saavutamiseks tuleb käsitsi arvutamisel  logaritmid  esitada vähemalt nelja kümnendkoha
täpsusega.  Soovitav  on siiski kasutada tabelarvutusprogrammi, koostades tabeli vajalike valemitega (x2,  x  y)
ning need siis vastavalt summeerida. Graafiliselt leitud ja vähimruutude meetodiga saadud tulemused peavad
kokku  langema . Arvutused esitatakse järgmise tabeli kujul või lisatakse protokolli vastav Exceli tabel:
p
Mõõtmine
t, °C
T, K
aur,
y = ln p
x = 1/T
x · y
x2
mm Hg
1
2
n = 
y = 
x = 
x·y =
x2 = 
Järeldused.  Mida määrati, mis meetodil, esitada arvutatud aurustumissoojuse väärtus, võrrelda katselisel teel
leitud keemistemperatuuri kokkulangevust teoreetilisega, anda hinnang arvutatud Troutoni konstandi väärtusele
Hinnatav  osa
Töö eesmärk: Määrata  benseeni  küllastunud arurõhk, aine keemistemperatuuride mõõtmisel erinevate 
rõhkude juures. 
Katsetulemused:
Atmosfäärirõhk   Patm= 756,13 mmHg ehk 1008,1 hPa (õppejõu poolt antud)
Keemis-
h,
p
Katse nr.
temperatuur
T,K
1/ T
aur, 
ln p
mm Hg
mm Hg
aur
t, °C
1
0,00333
4,664664
26,5
299,65
72
650
106,13
76
2
0,00317
5,328507
41,5
314,65
81
550
206,13
04
3
0,00306
5,724009
53,0
326,15
61
450
306,13
85
4
0,00299
6,006673
61,0
334,15
27
350
406,13
31
5
0,00293
6,226793
67,5
340,65
56
250
506,13
55
6
0,00288
6,407094
Mõõtmin
t, °C
T, K
paur,
y = ln p
x = 1/T
x · y
x2
73,5
346,65
48
150
606,13
48
e
7
0,00283
60628213
80,0
353,15
17
0
756,13
32
mm Hg
4,664664 0,0033 0,015566
1
26,5 299,65 106,13
76
37
92
1,11E-05
5,328507 0,0031 0,016934
2
41,5 314,65 206,13
04
78
53
1,01E-05
5,724009 0,0030 0,017550
3
53 326,15 306,13
85
66
39
9,40E-06
6,006673 0,0029 0,017976
4
61 334,15 406,13
31
93
17
8,96E-06
6,226793 0,0029 0,018279
5
67,5 340,65 506,13
55
36
38
8,62E-06
6,407094 0,0028 0,018483
6
73,5 346,65 606,13
48
85
19
8,32E-06
   
6,062821 0,0028 0,017168
7
80 353,15 756,13
33
32
09
8,02E-06
∑y = 
∑x = 
∑x*y = 
∑x2=
40,42056 0,0212 0,121958
n=7
43
26
66
6,46E-05
lnPaur=f(1/T)
7
6
5
4
lnPaur 3
2
1
00
0
0
0
0
0
0
1/T, K
Paur=f(T)
800
600
400
Vedeliku aururõht mm Hg
200
0
290 300 310 320 330 340 350 360
T, K
Graafik
2. Empiirilise võrrandi ln p = A + B*1/T koefitsientide A ja B väärtused
a) graafikult ln paur = f(1/T)
A= 13,67
B= -2220,29
  b) vähmiruutude meetodil (arvutused tehtud Excelis )
∑ x2∙ ∑ y
A
−∑ x ∙ y ∙ ∑ x
n∑ x2−(∑ x)2
n ∑ x ∙ y
B
−∑ x ∙ ∑ y
= n∑x2−(∑x)2
Mõõtmin
paur,
e
t, °C
T, K
y = ln p
x = 1/T
x · y
x2
mm Hg
4,664664 0,0033 0,015566
1
26,5 299,65 106,13
76
37
92
1,11E-05
5,328507 0,0031 0,016934
2
41,5 314,65 206,13
04
78
53
1,01E-05
5,724009 0,0030 0,017550
3
53 326,15 306,13
85
66
39
9,40E-06
6,006673 0,0029 0,017976
4
61 334,15 406,13
31
93
17
8,96E-06
6,226793 0,0029 0,018279
5
67,5 340,65 506,13
55
36
38
8,62E-06
6,407094 0,0028 0,018483
6
73,5 346,65 606,13
48
85
19
8,32E-06
   
6,062821 0,0028 0,017168
7
80 353,15 756,13
33
32
09
8,02E-06
∑y = 
∑x = 
∑x*y = 
∑x2=
40,42056 0,0212 0,121958
n=7
43
26
66
6,46E-05
A= 13,67
B=  -2220,29
3. Benseeni aurustumissoojus
−Δ H
kJ
B=
aur =¿ Δ H =−B× R=−(−2220,29)× 8,314=18459,49 J=18,46
R
aur
kg∗mol
4. Benseeni keemistemperatuur T0 normaalrõhul p0= 760mmHg
ln 760−13,67=315,53 K
1
B
 = 42,38 °C
ln p
−2220,29
= A+B ×
=¿T =
T
ln p−A
5. Troutoni konstant
Δ H
18459,49
J
Δ S=
aur =
=91,96
≈ 7,04 R
T0
315,53
K∗mol
Järeldused
Antud töös määrati benseeni küllastatud aururõhku dünaamilisel meetodil. 
Tulemusekssainarvutatudaurustumissoojuseväärtuseks 32,48kJ/kg*mol teoreetiline väärtus 
standardtingimustel on 33,9 kJ/kg * mol Väärtust võib piisavalt usaldusväärseks pidada, sest erinevad 
vähe.
Keemistemperatuuriks sain 353,27K, teoreetiline väärtus 353,25K, tulemused sobivad.
Troutoni  konstanti võib samamoodi pidada adekvaatseks, sest paljudel ainetel on nad vahemikus 
87...90. Väikesed ebatäpsused tulenevad temperatuuride hindamise subjektiivusest ning ehk ka 
katsetegija kogenematusest või mitte piisavast täpsusest õhurõhkude pumpamisel ning näiteks 
temperatuuride üleskirjutamisel. 

Document Outline

• PUHTA VEDELIKU KÜLLASTATUD AURURÕHU MÄÄRAMINE DÜNAAMILISEL MEETODIL


• FK laboratoorne töö 6
  
  
  
  • PUHTA VEDELIKU KÜLLASTATUD AURURÕHU MÄÄRAMINE DÜNAAMILISEL MEETODIL
    
    
    
    • Katseandmed esitatakse järgmise tabeli kujul.
    
    
    • Andmete töötlemine arvutil
      
      
      
      • Katseandmete põhjal
      
      
      
      
    
    
    • Vähimruutude meetod