Sók oldáshőjének és jég olvadáshőjének meghatározása anizotermés hővezetéses kaloriméterrel

Átírás

1 Sók oldáshőjének és jég olvadáshőjének meghatározása anizotermés hővezetéses kaloriméterrel Előadó: Zsély István Gyula Készült Sziráki Laura, Szalma József 2012 előadása alapján Laborelőkészítő előadás, Kémia BSc,

2 A kalorimetriás mérések Célja: hő mérése átalakulási hő reakcióhő közvetetten anyagok hőkapacitása Elve: A folyamatot kísérő hőeffektust egy azzal kapcsolatos fizikai mennyiség megváltozásának mérésével követjük. 2

3 Mérési feladatok 1. Sók oldáshőjének meghatározása anizoterm kaloriméterrel 2. Jég olvadáshőjének meghatározása differenciális hővezetéses kaloriméterrel illetve differenciális reakció kaloriméterrel

4 Alapvető kaloriméter típusok Név Hőcsere a kaloriméter és környezet között Mérendő mennyiség Adiabatikus nincs hőmérséklet Anizoterm Izoterm Hővezetési (kvázi-izoterm) van, de a lehető legkisebb mértékű van van hőmérséklet izoterm környezetnek átadott hő (fázisátalakulás, közeg áramoltatás mértéke) izoterm hőtartálynak átadott hő 4

5 Az anizoterm kaloriméter A mérés elve: ismert hőeffektust kísérő hőmérsékletváltozás (kalibráció) a kaloriméter hőkapacitása a mérendő folyamatot kísérő hőmérsékletváltozás a mérendő hő mért mennyiségek számított mennyiségek

6 A gyakorlaton használt anizoterm kaloriméter vázlatos rajza Ellenállás hőmérő, termisztor A termisztor egy félvezető fém-oxid ellenállás. Az ellenállás nagysága a hőmérséklet növelésével exponenciálisan csökken. U fűtőfeszültség A hőmérséklet kiszámítását a mérőszoftver végzi. R fűtőellenállás

7 A gyakorlaton használt anizoterm kaloriméter a belső rész tárolására szolgáló főzőpohár az összeállított kaloriméter feszültségstabilizált áramforrás a fűtéshez

8 A gyakorlaton használt anizoterm kaloriméter belső része ellenállás hőmérő (termisztor) Parafinolaj hőközvetítő közeg miatt a termisztoros hőmérő és a kalorifer MINDIG FÜGGŐLEGES HELYZETBEN legyen! fűtőellenállás

9 A mérési feladat Feladat: Na-acetát hidratációs hőjének meghatározása Na-acetát (sz) Na-acetát 3H 2 O (sz) r H hidr Probléma: Ez a hidratációs hő közvetlenül nem határozható meg. Megoldás: Két só oldáshőjének méréséből a Hess tétel alapján határozzuk meg.

10 A hidratációs hő meghatározása a Hess-tétel alapján nátriumacetát nátriumacetát 3H 2 O r H 3 r H 2 r H 1 vízfeleslegben oldva nátriumacetát oldat Hess tételéből következik, hogy körfolyamatban a reakcióentalpiák összege zérus. r H 3 + r H 2 - r H 1 = 0 r H 3 = r H 1 - r H 2

11 Egy tipikus mérés T / C t / s

12 Egy tipikus mérés 23, C C 23,6 T = C T / C 23,4 23,2 T = C C 23,0 22, C t / s A környezettel való hőcserét grafikus módszerrel tudjuk figyelembe venni.

13 Tanácsok a mérés végrehajtásához 1. A mintatartó vízmentes lezárását alaposan kell végezni. Az olvadt paraffin forró! Lecseppen, fröccsen

14 Tanácsok a mérés végrehajtásához 2. A két só anyagmennyiségét külön-külön pontosan ismerni kell. Analitikai mérleg. 3. A só bemérését tisztán végezzük. Ne a mérleg fölött dolgozzunk!

15 Tanácsok a mérés végrehajtásához 4. Az oldáshő koncentráció függése miatt az oldatok koncentrációinak elég pontosan meg kell egyezniük. Ezért a két sóból (anyagmennyiségre!) és hozzájuk a vízből ugyanannyit mérünk be. ugyanazzal a mérőhengerrel 400 cm 3 víz 0,02-0,04 g tömegeltérés megengedett

16 Tanácsok a mérés értékeléséhez 1. Az oldáshők és a hidratációs hő előjelére ügyeljünk! 2. Az egyes oldáshők hibáját a hőmérséklet mérés pontosságát (h T leolvasás =0,01 o C) felhasználva a mérés relatív hibáján keresztül becsüljük: h rel h % = T Tleolvasás főőszakasz 100 0,01 C hrel % = 100 = 1,94 0,515 C rh h rel % = J/mol 1,94 = 100 = 375 J/mol = 0,375 kj/mol 16

17 Tanácsok a mérés értékeléséhez Ezek a hibák csak a hőmérsékletmérés hibáját veszik figyelembe (a tömeg, a térfogat, az idő, az ellenállás, a feszültség stb. hibáját nem), ezért ez nem használható hibahatár megadására. Ezért úgy járunk el, hogy megnézzük meg, hogy melyik jegyben jelentkezik az abszolút hiba első jegye és eddig adjuk meg az oldáshő számértékét J/mol 1,94 = 100 = 375 J/mol = 0,375 kj/mol r H = 19,351kJ/mol r H = 19,4 kj/mol 3. A hidratációs hő számértékét addig a tizedesig adjuk meg, ameddig a pontatlanabb oldáshőt.

18 A differenciális hővezetéses kaloriméter és differenciális reakció kaloriméter A mérés elve: Összekapcsolunk két egyforma kalorimétert. Az egyik kaloriméterben lejátszódó folyamat eltérést okoz a másik kaloriméterhez képest. ismert hőeffektust kísérő eltérés (kalibráció) arányossági tényező a mérendő folyamatot kísérő eltérés mért mennyiségek a mérendő hő számított mennyiségek

19 A differenciális hővezetéses kaloriméter vázlatos rajza

20 A differenciális reakció kaloriméter vázlatos rajza hőmérséklet illetve hőmérséklet különbség mérése reakciótér referenciatér termosztált köpeny

21 A gyakorlaton használt differenciális reakció kaloriméter a reakciótér a refenciatér Egy 220 l-es víztartály vize cirkulál a minta és referencia tér körül.

22 A gyakorlaton használt differenciális reakció kaloriméter higanyos hőmérő diódasoros hőmérő keverőmotor

23 A gyakorlaton használt differenciális hővezetéses kaloriméter a reakció és a referencia tér termooszlopok

24 A mérési feladat Feladat: jég olvadáshőjének meghatározása jég (sz) víz (f) olv H Bemutató mérés a csoport által választott készüléken!

25 Tanácsok a mérés végrehajtásához 1. A jég tömegét visszaméréssel határozzuk meg. 2. A referenciaedény hőmérsékletét a jég bejuttatásakor le kell olvasni, mert ennél a mérésnél szükség van a pontos hőmérséklet ismeretére is.

26 Egy tipikus mérés A mért potenciálkülönbség arányos a két tér hőmérsékletkülönbségével. A görbe alatti területek arányosak a hőeffektusok nagyságával.

27 Tanácsok a mérés értékeléséhez A görbe alatti területeket integrálással határozzuk meg. Az integrál értékének előjele van. A praktikumban lévő képlet ezt nem veszi figyelembe. A helyes képlet: Q = - ε * A 27

28 Beadandók: A jegyzet szerint! Javító gyakorlatvezető: Sziráki Laura 28