Soola integraalse lahustumissoojuse määramine (0)

TTÜ
Materjaliteaduse instituut
füüsikalise keemia õppetool
Töö nr: 1
Töö pealkiri: Soola integraalse lahustumissoojuse määramine
Üliõpilase nimi ja eesnimi :
Õpperühm: KAOB-61
Töö teostamise
kuupäev: 27.02.2012
Kontrollitud:
Arvestatud:
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.
Katse lõpul tehakse kindlaks lahusesse ulatuva termomeetri ruumala. Selleks sukeldatakse termomeeter veega mõõtesilindrisse sama sügavale kui katse ajal kalorimeetris.
Lahustuvussoojuse arvutamiseks leitakse kalorimeetri soojusmahtuvus, s.o. soojushulk , mida on vaja kalorimeetri temperatuuri tõstmiseks 1 0C võrra:
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.
Katseandmed :
Soola ja ampulli mass: 37,12g
Ampulli mass: 30,95 g
Soola kaalutis a = 6,17 g
Lahusesse ulatuva termomeetri ruumala: 8,5 ml
Aeg katse algusest
Beckmanni termomeetri näit kraadides
Periood
t, min
0
4,68
Alg-
periood
1
4,71
2
4,72
3
4,78
4
4,79
5
4,795
6
4,81
7
4,815
8
4,86
9
4,865
Pea-
periood
10
4,885
11
Ampulli purustamine
12
4,29
13
4,22
14
4,32
15
4,36
16
4,36
17
4,39
18
4,39
19
4,41
20
4,43
21
4,43
Lõpp-periood
22
4,45
23
4,455
24
4,47
25
4,49
26
4,51
Süsteemi osa
Mass g
Soojusmahtuvus
erisoojus J · g -1 · K-1
üldine J · K-1
ampull
30,95
0,8
24,76
klaaspulgad
72,51
0,8
58
Polüetüleenist
nõu
28,62
2,22
63,54
vesi
400
4,18
1672
Arvutused: 1) Üldine soojusmahtuvus: ampull 0,8×30,95= 24,76
Klaaspulgad 0,8×72,51= 58
Polüetüleenist nõu 2,22×28,62= 63,54
Vesi 400×4,18= 1672
C = clgl + c2g2 + c3v + c4g4,
C= 0,80×72,51+4,18×400+1,88×8,5+2,22×28,62= 1809,52 J/K
Kuna ma tean soojusmahtuvust C, siis võtan jooniselt temperatuuride vahe t ning arvutan eraldunud või neeldunud soojushulga aine hulga a kohta: Q= t×C
t= 4,91-4,28= 0,63
Q= 0,63×1809,52= 1140 J
Lahustuvussoojus on leitav valemiga q= Q/a J· g-1
q= 1140/6,17= 184,76 J/g
Järeldused. Lahustuvussoojuseks on 184,76 J/g, kalorimeetri soojusmahtuvus C= 1809,52 J/K. Kõige suurem viga tehtud töös võis tulla termomeetri näidu valesti vaatamisel.