Soola integraalne lahustumissoojus (0)

TTÜ
Materjaliteaduse instituut füüsikalise keemia õppetool
Töö nr 1
Töö pealkiri
Soola integraalse lauhustumissoojuse määramine
Üliõpilase nimi ja eesnimi
Õpperühm
Töö teostamise
kuupäev:
09.03.2011
Kontrollitud:
Arvestatud:
Joonis 1 Lahustumissoojuse määramiseks kasutatav adiabaatiline kalorimeeter
TÖÖ ÜLESANNE
Töös määratakse soola integraalne lahustumissoojus vees. Kasutatava adiabaatilise kalorimeetri soojusmahtuvus kas arvutatakse või täpsema töö korral määratakse kindla koguse puhta KCl lahustumissoojuse alusel
APARATUUR
Lahustumissoojuse määramiseks (joon. 1) koosneb järgmistest osadest: plastmass- või vildiga isoleeritud metallanumast 1, kolme auguga kaanest 2 anuma sulgemiseks, keeduklaasist või polüetüleennõust 3, segurist 4, ampullist 5, klaaspulgast 6, Beckmanni termomeetrist 7 ja luubist. Aja mõõtmiseks kasutatakse stopperit
KATSE KÄIK
Kui sool lahustumisel neelab soojust, tõstetakse kalorimeetrisse valatava vee temperatuuri 0,5 -1 kraadi võrra toatemperatuurist kõrgemaks. Seatakse töökorda Beckmanni termomeeter , mille elavhõbeda nivoo peab katse algul olema skaala ülaosas. Selleks peab termomeetri kaliibrimiseks kasutatava vee temperatuur olema ~2 kraadi kõrgem vee temperatuurist katse algul, seega ~3 kraadi kõrgem kui toatemperatuur.
Beckmanni termomeetri kaliibrimiseks ühendatakse elavhõbedasambad ülemises ja alumises reservuaaris ning asetatakse termomeeter sobivalt valitud temperatuuriga vette ~20 minutiks. Jälgitakse, et seismise ajal vee temperatuur ei muutuks. Seejärel võetakse termomeeter veest ja katkestatakse elavhõbedasammas kapillaari ning tagavarareservuaari ühenduskohas. Selleks hoitakse termomeetri ülaosa kindlalt vasakus käes ja lüüakse parema käega vasakule randmele.
Kaalutakse tehnilistel kaaludel keeduklaas , klaaspulk ja segur . Ampull kaalutakse samuti tehnilistel kaaludel ± 0,02 g täpsusega enne tühjalt ja siis koos ainega. Ainet võetakse ca 6 g. Keeduklaasi valatakse destilleeritud vett, mille hulk on mõõdetud mensuuriga (ca 400 ml). Vett kas soojendatakse või jahutatakse 0,5 -1 kraadi võrra vastavalt vajadusele.
Keeduklaas asetatakse metallanuma põhjas asuvale korgitükile. Kalorimeeter suletakse kaanega. Läbi kaane pannakse ampull, Beckmanni termomeeter (keskmine ava) ja segur. Ampulli asetatakse klaaspulk, mida kasutatakse ampulli purustamiseks. Segur liikugu vabalt üles-alla, puutumata Beckmanni termomeetrit või ampulli. Termomeetri elavhõbedaanum olgu vähemalt 2 cm võrra vedeliku pinnast sügavamal, kuid ta ei tohi keeduklaasi põhja puudutada.
Vett kalorimeetris ühtlaselt segades jälgitakse temperatuuri muutumist iga minuti järel. Kui temperatuuri muutumine on ühtlane, alustatakse algperioodiga (vt. joon. 2). Selleks kirjutatakse üles temperatuur iga minuti järel ±0,002 -kraadise täpsusega. Termomeetri lugemisel kasutatakse luupi. Algperioodil jälgitakse temperatuuri 10 minuti vältel. Üheteistkümnendal minutil purustatakse ampull. Temperatuuri siis ei fikseerita, küll aga aega, mida loetakse katkematult katse algusest. Kaheteistkümnendal ja järgnevatel minutitel jälgitakse jälle temperatuuri muutumist. Peaperioodis ei ole võimalik temperatuuri tema kiire muutumise tõttu jälgida niisma suure täpsusega kui alg- ja lõpp-perioodil. Periood lõpeb, kui temperatuur on saavutanud miinimumi või maksimumi. Lõpp-perioodil võetakse samuti 10 lugemit.
Kui algperioodi temperatuur oli valitud õigesti, siis lõpp-perioodi temperatuuri muutumine on vastupidine algperioodi temperatuuri muutumisele: ideaalsel juhul niisama suur, kuid vastasmärgiga.
KATSEANDMED
Soola ja ampulli mass 36,37g
Ampulli mass 30,82 g
Soola kaalutis a = 5,55 g
Kalibreerimistemperatuur – 27,2ᵒC
Lahusesse ulatuva termomeetri ruumala – 4,5ml
Aeg katse algusest
Beckmanni termomeetri näit kraadides
Periood
t, min
0
4,11
Alg-
periood
1
4,122
2
4,13
3
4,132
4
4,14
5
3,981
Pea-
periood
6
Ampull läks ise katki
7
3,44
8
3,44
9
3,45
Lõpp-periood
10
3,462
11
3,47
12
3,482
13
3,495
14
3,505
15
3,515
16
3,525
17
3,535
18
3,545
19
3,555
Tabel 2 Tabel mille alusel koostan graafiku (joonis nr 3)
Süsteemi osa
Mass g
Soojusmahtuvus
erisoojus J · g -1 · K-1
üldine J · K-1
ampull
30,82
0,8
24,656
klaaspulk
170,85
0,8
136,68
segaja
244,4
0,8
195,52
Polüetüleenist keeduklaas
246,9
246,9
60959,61
vesi
425
425
180625
Tabel 1 Kalorimeetrilise süsteemi soojusmahtuvus. Arvutatud MC Excelis , erisoojus*eseme mass
Joonis 3 Tõelise temperatuurivahe määramine kalorimeetrilises katses
Joonisel on kujutatud kõver ABCD, kus AB on katse algperiood, BC - peaperiood, CD - lõpp-periood. Lõik EF vastab süsteemi tegelikule temperatuuri-muutusele  t.
ARVUTUSED
C = clgl + c2g2 + c3v + c4g4,
kus C - kalorimeetri soojusmahtuvus,
c1 - klaasi erisoojusmahtuvus 0,80 J · g -1 · K-l,
g1 - klaasesemete (ampulli, seguri ja pulga) mass g,
c2 - vee erisoojusmahtuvus 4,18 J ·g -1 · K-l ,
g2 - vee mass g,
c3 -elavhõbeda ja klaasi soojusmahtuvus 1,88 J · ml -1 · K-l ,
v - vedelikku ulatuva termomeetriosa ruumala ml,
c4 -polüetüleeni erisoojusmahtuvus 2,22 J · g -1 · K-l,
g4 -polüetüleenist keeduklaasi mass g.
C = 0,80*280,77 + 4,18*425 + 1,88*4,5 + 2,22*246,9 = 2557,694 J/K
Teades kalorimeetri soojusmahtuvust C ja temperatuurivahet t ( loen jooniselt 3), arvutatakse eraldunud või neeldunud soojushulk aine hulga a kohta:
Q=t·C J
t = 4,180 – 3,415 = 0,765
Q = 0,765 * 2557,694 = 1956,64 J
Erilahustuvussoojuse leidmiseks jagatakse saadud soojushulk aine hulgaga grammides :
J· g-1
q = 1956,64/5,55 = 352,54 J/g
JÄRELDUSED
Kuna katse läbiviimise ajal juhtus mul õnnetus – ampull läks ise 5.-6. min katki ja seetõttu ei saanud ma soola lahustumise algust õigeaegselt regristreerida.
Kui arvutasin t enda vihikumärkmete järgi, siis sain Q tulemuseks 25% väiksema arvu, mis siinsetel arvutustel. Jooniselt 3 oli hea lugeda õiget temperatuurinäitu ja katse ajal tekkinud viga on nüüd seeläbi tunduvalt väiksem.