Wyznaczanie ciepła rozpuszczania substancji trudno rozpuszczalnych |
|
|
Marcin Górski |
Data: |
|
Mirosław Dziergowski |
Zaliczenie: |
|
Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie ciepła rozpuszczania kwasu benzoesowego w wodzie.
Zasada pomiaru.
Do termostatowanej zlewki, zaopatrzonej w mieszadło i termomert wlać ok. 200 ml wody destylowanej i dodać ok. 2g kwasu benzoesowego.
Ustalić temperaturę na ok. 75oC i mieszając, po 15 min. obniżyć temperaturę do 65oC. Odczekać 15 minut na ustalenie się równowagi rozpuszczania.
Ogrzaną do tej samej temperatury (w termostacie) rurkę ze spiekiem szklanym przenieść do roztworu kwasu benzoesowego i kilkakrotnie wciągnąc do niej i wypchnąć roztwór kwasu w wodzie.
Ogrzanymi pipetami pobrać z rurki po 5 ml nasyconego roztworu do dwóch erlenmayerek zawierają-cych po ok. 30 ml gorącej wody destylowanej. Pipety przepłukać kilkakrotnie wodą destylowaną w celu rozpuszczenia osadzającego się kwasu, zbierając roztwory z płukania do odpowiednich erlenmayerek.
Zmiareczkować próbki 0,2N KOH wobec fenoloftaleiny jako wskażnika.
Analogiczne pomiary wykonać co 5oC aż do 20oC.
Wyniki pomiarów.
Temperatura t [oC] |
Temperatura T [K] |
1000/T [K-1] |
VKOH [ml] |
S [mol/litr] |
lnS |
||
|
|
|
V1 |
V2 |
Vśrednie |
|
|
70 |
343 |
2,91 |
2,65 |
2,50 |
2,575 |
0,103 |
-2,273 |
60 |
333 |
3,00 |
2,35 |
2,40 |
2,375 |
0,095 |
-2,353 |
50 |
323 |
3,09 |
1,85 |
1,75 |
1,800 |
0,072 |
-2,631 |
40 |
313 |
3,19 |
1,40 |
1,35 |
1,375 |
0,055 |
-2,900 |
30 |
303 |
3,30 |
0,95 |
0,95 |
0,950 |
0,038 |
-3,270 |
20 |
293 |
3,41 |
0,85 |
0,80 |
0,825 |
0,033 |
-3,411 |
Badanie rozpuszczalności kwasu benzoesowego w poszczególnych temperaturach pomiarowych.
Rozpuszczalność kwasu benzoesowego obliczamy wg. wzoru:
gdzie:
S - rozpuszcalność kwasu benzoesowego w danej temperaturze pomiarowej [mol/litr]
VKOH - wartość średnia objętości zasady potasowej zużyta na zmiareczkowanie 5 ml kwasu ben-
zoesowego [ml]
VKWASU - objętość kwasu benzoesowego użyta do miareczkowania.
Obliczenia:
dla T = 343K lnS = -2,273
dla T = 333K 0,095 lnS = -2,353
dla T = 323K 0,072 lnS = -2,631
dla T = 313K 0,055 lnS = -2,900
dla T = 303K 0,038 lnS = -3,270
dla T = 293K 0,033 lnS = -3,411
Obliczenie entalpii rozpuszczania kwasu benzoesowego w wodzie.
Korzystając z zależności:
gdzie:
γm - współczynnik aktywności
Po podstawieniu otrzymujemy:
Zakładając, że ΔHO = const (nie zależy od temperatury). Wyrażenie powyższe możemy scałkować i otrzy-mujemy zależność:
Stosując metodę najmniejszych kwadratów obliczamy współczynniki a i b funkcji f(T-1) = aT-1 + b.
gdzie:
a = -
1/T |
lnS |
0,002915 |
-2,273 |
0,003003 |
-2,353 |
0,003096 |
-2,631 |
0,003195 |
-2,900 |
0,003300 |
-3,270 |
0,003413 |
-3,411 |
-2505,94
5,096
Entalpia rozpuszczania kwasu benzoesowego wynosi:
ΔHO = -a⋅R = 2505,94⋅8,314 = 20834,38 =20,83
Wnioski.
Ciepło rozpuszczania kwasu benzoesowego w wodzie wzrasta ze wzrostem temperatury. Ciepło to zależy od wartości dwóch energii. Energii potrzebnej do przerwania sieci krystalicznej substancji rozpuszczonej - czemu towarzyszy pobranie ciepła z otoczenia w postaci energii tzw. energii sieciowej, czyli wartość tej energii będzie dodatnia. Podczas tego procesu powstają jony, cząsteczki. Drugim parametrem mającym wpływ na wartość ciepła rozpuszczania jest energia solwatacji, która jest w odróżnieniu od energii sieciowej procesem egzotermicznym (z wydzieleniem ciepła).
Z naszego doświadczenia wynika, że efekt cieplny rozpuszczenia kwasu benzoesowego w wodzie jest wartością dodatnią, (ΔHO = 20,83 kJ/mol), więc może to tylko oznaczać, że wartość energii solwatacji jest dużo mniejsza w stosunku do energii sieciowej.