ĆWICZENIE 9

WYZNACZANIE CIEPŁA PAROWANIA HEKSANU Z POMIARU ZALEŻNOŚCI PRĘŻNOŚCI PARY OD TEMPERATURY.

Przygotowały:

Alicja Kudła

Katarzyna Cieślik

WSTĘP

W układzie dwufazowym ciecz - para cząsteczki w warstwie powierzchniowej lustra cieczy obdarzone wystarczającą energią mogą opuścić ciecz przechodząc w fazę gazową. Intensywność tego procesu wzrasta ze wzrostem temperatury. W miarę wzrostu stężenia cząsteczek w fazie gazowej obserwuje się proces odwrotny tj. przechodzenie pewnej liczby cząsteczek w fazę ciekłą. Jest to proces skraplania .W miarę upływu czasu szybkość parowania maleje , a szybkość skraplania rośnie. Gdy szybkości obydwu procesów zrówna się ustali się stan równowagi dynamicznej. Równowagę tą charakteryzuje właściwa dla danej cieczy prężność pary nasyconej w danej temperaturze. Prężność pary nasyconej nie zależy od ilości substancji znajdującej się w poszczególnych fazach ani też od zajmowanych przez nią objętości Jest ona głównie funkcją temperatury i stanowi miarę stężenia substancji w fazie gazowej. Przy ponownych podgrzaniu układu zamkniętego rośnie temp. I zostaje zachwiana równowaga. Wzrasta energia cząsteczek , rośnie szybkość parowania , maleje szybkość skraplania , wzrasta prężność pary nad roztworem. Ponownie ustala się stan równowagi na innym poziomie temperatury. Każdej temperaturze T odpowiada właściwa dla niej prężność pary nasyconej p.

Proces parowania wymaga dostarczenia do układu pewnej ilości energii na sposób ciepła , która w odniesieniu do 1 mola danej cieczy nosi nazwę molowego ciepła parowania ΔH i jest zużywana na zwiększenie energii cząsteczek opuszczających ciecz ( wewnętrzne ciepło parowania L_i ) oraz na pracę A rozszerzenia układu od objętości molowej cieczy do objętości molowej pary przeciw ciśnieniu zewnętrznemu p :

A = p ( V^(g) - V^(c) ) (1)

Molowe ciepło parowania jest sumą obydwu tych udziałów :

L = L_i + p ( V^(g) - V^© ) (2)

Relacje między ciśnieniem równowagowym i temperaturą wyraża równanie Clausiussa - Clapeyrona :

(3)

Po rozdzieleniu zmiennych i scałkowaniu równanie to ma postać :

(4)

gdzie : ΔH jest molowym ciepłem parowania cieczy.

OPRACOWANIE WYNIKÓW

Wyniki pomiarów zestawiono w tabeli

T [C]	T [K]	1 / T =xi	h1 [mmHg]	h2 [mmHg]	h [mmHg]	p=patm - h	ln p=yi	xiyi	xi^2
20,9	294,05	0,0034	706	67	639	119	4,78	0,016
23,6	296,75	0,00337	696	77	619	139	4,93	0,017
27,4	300,55	0,00332	685	91	594	164	5,1	0,017
31,2	304,35	0,00329	673	109	564	194	5,27	0,017
34,9	308,05	0,00325	657	125	532	226	5,42	0,018
39	312,15	0,00320	639	147	492	266	5,58	0,018
SUMA		0,01983					31,08	0,103

Ciśnienie atmosferyczne w laboratorium wynosiło 758mmHg.

Wykres ln p = f(1/T) przedstawia się następująco :

Ze względu na stosunkowo wąski zakres temperatur zależność jest liniowa:

ln p = a(1/T) + b (5)

gdzie :
(6)

Współczynnik a można otrzymać przy pomocy jednej z opcji w programie Microsoft Excel, gdzie wyznaczony jest automatycznie i z dużą dokładnością .

Współczynnik a odczytany z wykresu wynosi -4036. Znając go możemy obliczyć molowe ciepło parowania heksanu ze wzoru (6) :

ΔH_par. = -8,314 · (-4036) = 33555,304 J/mol =33,56 kJ/mol

Współczynnik a możemy również obliczyć na podstawie zależności :

ΔH_par. = -8,314 · (-4375) = 12471 J/mol =36,37 kJ/mol

Współczynnik a wyznaczony za pomocą metody najmniejszych kwadratów jest mało wiarygodny w stosunku do współczynnika obliczonego komputerowo, tak więc proponuje się odrzucenie tego wyniku.

Wartość molowego ciepła parowania heksanu odczytana z „Poradnika fizykochemicznego” wynosi 28,85 kJ/mol.

Odchylenie procentowe dla wartości molowego ciepła heksanu policzonego przy pomocy graficznie wyznaczonego wskaźnika a wynosi:

Odchylenie standardowe dla wartości molowego ciepła heksanu policzonego przy pomocy wskaźnika a wyznaczonego poprzez metodę najmniejszych kwadratów wynosi:

---