Wyznaczanie ciepła rozpuszczania substancji trudno rozpuszczalnych
Marcin Górski	Data:
Mirosław Dziergowski	Zaliczenie:

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie ciepła rozpuszczania kwasu benzoesowego w wodzie.

2. 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. 75^oC i mieszając, po 15 min. obniżyć temperaturę do 65^oC. 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 5^oC aż do 20^oC.

3. 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

4. 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]

V_KOH - wartość średnia objętości zasady potasowej zużyta na zmiareczkowanie 5 ml kwasu ben-

zoesowego [ml]

V_KWASU - 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

5. Obliczenie entalpii rozpuszczania kwasu benzoesowego w wodzie.

Korzystając z zależności:

gdzie:

γ_m - współczynnik aktywności

Po podstawieniu otrzymujemy:

Zakładając, że ΔH^O = 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:

ΔH^O = -a⋅R = 2505,94⋅8,314 = 20834,38 =20,83

6. 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, (ΔH^O = 20,83 kJ/mol), więc może to tylko oznaczać, że wartość energii solwatacji jest dużo mniejsza w stosunku do energii sieciowej.