Halmazállapot-változások vizsgálata ( )

Hasonló dokumentumok
1. előadás. Gáztörvények. Fizika Biofizika I. 2015/2016. Kapcsolódó irodalom:

Hőmérséklet mérése Termisztor és termoelem hitelesítése

Elméleti kérdések 11. osztály érettségire el ı készít ı csoport

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

Labor elızetes feladatok

TÖBBKOMPONENS RENDSZEREK FÁZISEGYENSÚLYAI II. Ismerjük fel, hogy többkomponens fázisegyensúlyokban a folyadék fázisnak kitüntetett szerepe van!

25. Folyadék gőznyomásának meghatározása a hőmérséklet függvényében. Előkészítő előadás

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

Termisztor és termoelem jelleggörbéjének felvétele

Általános Kémia Gyakorlat II. zárthelyi október 10. A1

Halmazállapot változások

Általános kémia képletgyűjtemény. Atomszerkezet Tömegszám (A) A = Z + N Rendszám (Z) Neutronok száma (N) Mólok száma (n)

Termodinamikai bevezető

ROMAVERSITAS 2017/2018. tanév. Kémia. Számítási feladatok (oldatok összetétele) 4. alkalom. Összeállította: Balázs Katalin kémia vezetőtanár

Hőmérséklet mérése Termisztor és termoelem hitelesítése

TERMODINAMIKAI EGYENSÚLYOK. heterogén és homogén. HETEROGÉN EGYENSÚLYOK: - fázisegyensúly. vezérlelv:

Allotróp módosulatok

Hőtan ( első rész ) Hőmérséklet, szilárd tárgyak és folyadékok hőtágulása, gázok állapotjelzői

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

V átlag = (V 1 + V 2 +V 3 )/3. A szórás V = ((V átlag -V 1 ) 2 + ((V átlag -V 2 ) 2 ((V átlag -V 3 ) 2 ) 0,5 / 3

MŰSZAKI TERMODINAMIKA 1. ÖSSZEGZŐ TANULMÁNYI TELJESÍTMÉNYÉRTÉKELÉS

Légköri termodinamika

A szilárd testek alakja és térfogata észrevehetően csak nagy erő hatására változik meg. A testekben a részecskék egymáshoz közel vannak, kristályos

2. Laboratóriumi gyakorlat A TERMISZTOR. 1. A gyakorlat célja. 2. Elméleti bevezető

(2006. október) Megoldás:

TÖBBKOMPONENS RENDSZEREK FÁZISEGYENSÚLYAI IV.

Fázisátalakulások vizsgálata

Halmazállapot-változások

A nátrium-klorid oldat összetétele. Néhány megjegyzés az összetételi arány méréséről és számításáról

Al-Mg-Si háromalkotós egyensúlyi fázisdiagram közelítő számítása

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

Környezeti analitika laboratóriumi gyakorlat Számolási feladatok áttekintése

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Ideális gáz és reális gázok

Fizika gyakorlatok, 2. félév. Termodinamika

Spontaneitás, entrópia

Oldatok - elegyek. Többkomponensű homogén (egyfázisú) rendszerek. Elegyek: komponensek mennyisége azonos nagyságrendű

23. Indikátorok disszociációs állandójának meghatározása spektrofotometriásan

SZÁMOLÁSI FELADATOK. 2. Mekkora egy klíma teljesítménytényező maximális értéke, ha a szobában 20 C-ot akarunk elérni és kint 35 C van?

Művelettan 3 fejezete

Az anyagok lehetséges állapotai, a fizikai körülményektől (nyomás, hőmérséklet) függően. Az anyagokat általában a normál körülmények között jellemző

A hidrosztatika alapegyenlete vektoriális alakban: p = ρg (1.0.1) ρgds (1.0.2)

Kiegészítő tudnivalók a fizikai mérésekhez

Fázisátalakulások vizsgálata

8. Belső energia, entalpia és entrópia ideális és nem ideális gázoknál

6. Oldatok felületi feszültségének meghatározása. Előkészítő előadás

Csoportmódszer Függvények I. (rövidített változat) Kiss Károly

Függvények július 13. f(x) = 1 x+x 2 f() = 1 ()+() 2 f(f(x)) = 1 (1 x+x 2 )+(1 x+x 2 ) 2 Rendezés után kapjuk, hogy:

Compton-effektus. Zsigmond Anna. jegyzıkönyv. Fizika BSc III.

5. gy. VIZES OLDATOK VISZKOZITÁSÁNAK MÉRÉSE OSTWALD-FENSKE-FÉLE VISZKOZIMÉTERREL

Spontaneitás, entrópia

Az előadás vázlata: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: nagy közepes kicsi. Hőmérséklet, T tapasztalat (hideg, meleg).

6 Ionszelektív elektródok. elektródokat kiterjedten alkalmazzák a klinikai gyakorlatban: az automata analizátorokban

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

Anyagtudomány. Ötvözetek egyensúlyi diagramjai (állapotábrák)

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Tiszta anyagok fázisátmenetei

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

1. feladat Összesen: 8 pont. 2. feladat Összesen: 11 pont. 3. feladat Összesen: 7 pont. 4. feladat Összesen: 14 pont

A gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Függvények Megoldások

1. feladat Összesen: 15 pont. 2. feladat Összesen: 10 pont

Sók oldékonysági szorzatának és oldáshőjének meghatározása vezetés méréssel

Egyenletek, egyenletrendszerek, egyenlőtlenségek Megoldások

BIOMATEMATIKA ELŐADÁS

Mérési adatok illesztése, korreláció, regresszió

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

Matematikai geodéziai számítások 6.

8. Halmazok, halmazállapot-változások. az anyagi rendszereket vizsgáljuk, állapotukat jellemezzük. általános séma:

Debreceni Egyetem. Feladatok a Matematika II. tárgy gyakorlataihoz. Határozatlan integrál

Figyelem, próbálja önállóan megoldani, csak ellenőrzésre használja a következő oldalak megoldásait!

5. Laboratóriumi gyakorlat

Differenciálegyenletek. Vajda István március 4.

Oldatok - elegyek. Elegyek: komponensek mennyisége azonos nagyságrendű

HÁZI FELADATOK. 2. félév. 1. konferencia Komplex számok

Oldatkészítés, koncentráció fotometriás meghatározása.

Fázisok. Fizikai kémia előadások 3. Turányi Tamás ELTE Kémiai Intézet. Fázisok

Alkalmazás a makrókanónikus sokaságra: A fotongáz

Egyenletek, egyenlőtlenségek grafikus megoldása TK. II. kötet 25. old. 3. feladat

Mikroszkóp vizsgálata és folyadék törésmutatójának mérése (8-as számú mérés) mérési jegyzõkönyv

VEGYÉSZ ISMERETEK EMELT SZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Folyadékok. Molekulák: Gázok Folyadékok Szilárd anyagok. másodrendű kölcsönhatás növekszik. cseppfolyósíthatók hűtéssel és/vagy nyomással

Elegyek. Csonka Gábor 2008 Általános Kémia: oldatok 1 dia

Hőtágulás - szilárd és folyékony anyagoknál

E-tananyag Matematika 9. évfolyam Függvények

5. előadás

Descartes-féle, derékszögű koordináta-rendszer

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Logaritmikus erősítő tanulmányozása

9. Laboratóriumi gyakorlat NYOMÁSÉRZÉKELŐK

Számítástudományi Tanszék Eszterházy Károly Főiskola.

Nagy András. Feladatok a logaritmus témaköréhez 11. osztály 2010.

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

Folyadékok és szilárd anyagok sűrűségének meghatározása különböző módszerekkel

Differenciálszámítás. 8. előadás. Farkas István. DE ATC Gazdaságelemzési és Statisztikai Tanszék. Differenciálszámítás p. 1/1

Általános kémia vizsgakérdések

Matematikai geodéziai számítások 6.

Diffúzió 2003 március 28

Gáztörvények tesztek

Átírás:

Halmazállapot-változások vizsgálata Eddigi tanulmányaik során a szilárd, folyékony és légnemő, valamint a plazma állapottal találkoztak. Ezen halmazállapotok mindegyikében más és más összefüggés áll fenn a p nyomás, a V térfogat, a T abszolút hımérséklet és az n anyagmennyiség állapotjelzık között. A térfogat és az anyagmennyiség extenzívek, a nyomás és a hımérséklet intenzív. Például a gázoknál: pv = nrt, ahol R az általános (moláris) gázállandó. Szilárd és folyékony állapotban más összefüggések írják le az állapotjelzık közötti kapcsolatot, azaz minden halmazállapotra más és más a teikus állapotegyenlet. A kristályos anyagoknál elıfordulhatnak különbözı kristály módosulatok, amelyeket különbözı állapotegyenletekkel lehet jellemezni. Ilyen esetekben különbözı fázisnak nevezzük a különbözı kristály módosulatokat. Hasonlóan a zsíolekulák esetén is különbözı fázisok (a zsíolekulák térbeli elrendezıdése különbözı) alakulnak ki a különbözı hımérsékleteken. Az egyes fázisok, illetve halmazállapotok közötti átmenet a nyomástól és a hımérséklettıl függ. A forrás jelenségének vizsgálata Forrás akkor jön létre, ha a folyadék telített gızének nyomása megegyezik a külsı légnyomással, azaz a folyadék belsejében buborékok jönnek létre, amelyek telített gızzel vannak tele, és a folyadék felszíne felé mozognak. Ha a külsı nyomás alacsony, akkor a folyadék alacsonyabb hımérsékleten jön forrásba, ha a külsı nyomás magas, akkor magasabb hımérsékleten alakul ki a forrás. A forráspont és a nyomás közötti összefüggést a Clausius Clapeyron-egyenlet adja meg: d ln p = dt ahol r m a moláris forráshı (párolgáshı). Ezt az egyenletet átrendezve: dt d( ln p ) = Ez szétválasztható változójú differenciálegyenlet, a baloldal csak a nyomás függvénye, a jobb oldal csak a hımérséklet függvénye. Integrálva az egyenletet: ln p = + B itt B az integrálás konstansa. Sokszor használják a fenti egyenletet 0-es alapú logaritmussal felírva. Mivel ln 0~,303, ezért: ln p = + B,3 ilyenkor persze a B állandó értéke más szám, mint a teészetes logaritmussal felírt alakban. Az integráláskor feltételeztük, hogy a forrás hı állandó, azaz független a hımérséklettıl. Valójában ez nem igaz, mert a forráshı a hımérséklet emelkedésével csökken. A Clausius Clapeyron egyenletet szokták még a következı foában is használni, amikor két különbözı nyomás és hımérséklet értékére írják fel, majd kivonják egymásból a két egyenletet, és így a B állandó kiesik: p ln = p R T T Látjuk: ez egyenesnek két pontra való illesztésével kiszámítható. Jobb közelítést kapunk, ha több adatpárt veszünk fel, és lineáris regressziót illesztünk a nyomások logaritmusából, illetve a hımérsékletek reciprokából képezett halmazra.

Víz gıznyomásának mérése Roloff-féle berendezéssel A mérési összállítás: A víz feletti gıztérben a nyomást a vízsugár légszivattyúval lecsökkentjük. Kb. 300 mm legyen a két higany szint különbsége (h). Ezután melegíteni kezdjük a vizet. Amikor forrásba jön, leolvassuk a hımérıt. Majd a vízcsap zárásával csökkentve a vízlégszivattyú szívó hatását növeljük a nyomást a gıztérben (csökkentjük az U-csöves manométerben a Hgszintek közötti különbséget kb. 50 mm-re). Ekkor a forrás abbamarad, majd a további melegítéssel magasabb hımérséklet elérésével újra forrásba jön. Ezt a hımérsékletet is leolvassuk. A nyomást tovább növeljük kb. 50-mmenként csökkentve a Hg-szintek közötti különbséget, és mindig leolvassuk a magasabb nyomáshoz tartozó forrási hımérsékletet. Táblázatba foglaljuk az összetartozó nyomás és hımérséklet értékeket. A gıztérben megkapjuk a nyomás értékét, ha a külsı légnyomás értékébıl kivonjuk a h magasságú Hg oszlop nyomását: ρ Hg g h -t. Az /T függvényében (vízszintes tengely) ábrázoljuk a log p értékét (függıleges tengely). A kapott pontokra egyenest illesztünk, és az egyenes meredekségébıl meghatározzuk a víz forráshıjét. Ellenırizzük ki a gıznyomás értékét az Antoine állapotegyenlet szerint is. Ha a nyomást barban, a hımérsékletet kelvinben mérjük, akkor víz esetén az alábbi adatokkal számolhatunk (forrás: NIST webbook): B log 0 p = A T + C hımérséklettartomány, K tartomány, C hımérséklet- A B C 379-573 06-300 3,55959 643,748-98,043 73-303 0-30 5,40 838,675-3,737 304-333 3-60 5,0389 733,96-39,485 334-363 6-90 5,07680 659,793-45,854 344-373 7-00 5,08354 663,5-45,6 93-343 0-70 6,0963 354,73 7,559 55,8-373 7-00 4,65430 435,64-64,848 Oldatok fagyáspontcsökkenésének mérése Híg oldatok esetén az oldat fagyáspontja alacsonyabb a tiszta oldószer fagyáspontjához képest. Ideális elegy estén érvényes a következı összefüggés:

H ln x = R T0 T ahol x az oldott anyag móltörtje, H az oldószer moláris fagyáshıje (állandó nyomáson mért entalpia-változás), R az általános gázállandó, T o a tiszta oldószer fagyáspontja, T az oldat fagyáspontja. Ha az x értéke kicsi, ezért ln( x) x, ebben az esetben a következı közelítést is alkalmazhatjuk T 0 T T, és így írható, hogy H T T0 H T T0 x = 0T Ekkor az oldat fagyáspontcsökkenése a tiszta oldószer fagyáspontjához képest xrt T = T0 T = H Ha bevezetjük a következı jelölést: RT E = k H a krioszkópos állandót, akkor a fagyáspont csökkenésre a következı összefüggést is használhatjuk: T = E k x Ha az oldat nem ideális elegyként viselkedik, akkor az elızı kifejezés helyett a következı összefüggéssel adhatjuk meg az oldat fagyáspont csökkenését: H ln a = R T0 T ahol az x helyett az a aktivitást használjuk. Az oldat aktivitása a = γ x a kifejezéssel adható meg. A γ a az aktivitási koefficiens, vagy aktivitási együttható, amely megmondja, hogy mennyivel kell a móltörtet megszorozni, hogy az oldat úgy viselkedjék, mintha ideális lenne. NaCl oldat fagyáspontcsökkenésének meghatározása A megadott összetételő, megfagyott oldatot melegítjük. Amikor megjelenik a folyadék fázis, akkor belehelyezzük a hımérıt. Percenként leolvassuk a hımérsékletet. Ábrázoljuk az idı függvényében a hımérséklet értékeket. Amíg az olvadás tart, addig a hımérséklet állandó. A vízszintes szakaszhoz tartozó hımérséklet az oldat fagyáspontja. A mellékelt táblázat és

grafikon a különbözı koncentrációjú NaCl oldatok fagyáspontját tartalmazza. Az általunk mért fagyáspont értéket összehasonlítjuk a mellékelt táblázat, illetve grafikon alapján leolvasott fagyásponttal. Számítsuk ki az összetétel ismeretében a kapott oldat fagyáspontját az () összefüggéssel. A számított érték arra az esetre vonatkozik, ha az oldat ideális. A NaCl oldat nem ideális, ezért eltérést tapasztalunk. A () összefüggésbe írva az általunk mért fagyáspont értéket, határozzuk meg az oldat aktivitását. Feladatok. Határozzuk meg a víz forráshıjét! Ehhez a kiadott adatokból (h értékek, és t értékek) számítsuk ki az összetartozó nyomás (p) és hımérséklet (T) értékeket. Ábrázoljuk az ln p értékeket az /T függvényében. A kapott pontokra illesszünk regressziós egyenest. Leolvasva az egyenes meredekségét számítsuk ki a moláris, illetve fajlagos forráshıt!. Számítsuk ki a kiadott oldat fagyáspontját az () összefüggés alapján! Határozzuk meg az oldat krioszkópos állandóját! Készítsük el a kiadott oldat olvadásakor a. ábra szerinti grafikont! Olvassuk le a fagyáspontot! Összehasonlítva a mért és számított fagyáspontot határozzuk meg az oldat aktivitását! A NaCl oldat fagyáspontja az összetétel függvényében sőrőség tömegtört fagypont fajlagos hıkapacitás Bé kg/m 3 % C J/kg K J/dm 3 K 0 999 0,0 0,0 486 48,84 006 0,9-0,5 47,396 45,5 03,9 -, 4068,79 43, 3 00,9 -,7 40,746 40,8 4 08 3,9 -,4 3976,7 4085,536 5 035 4,9-3, 3930,654 4068,79 6 04 5,9-3,8 3888,794 405,048 7 050 7,0-4,5 3846,934 4039,49 8 058 8,0-5,3 3805,074 40,746 9 066 9, -6, 3763,4 400,88 0 074 0, -7,0 37,354 3997,63 08,3-8,0 3683,68 3985,07 090,3-9, 3646,006 397,54 3 098 3,4-0, 36,58 3964,4 4 06 4,5 -,3 3579,03 3959,956 5 5 5,6 -,5 3545,54 395,584 6 4 6,7-3,7 35,054 3947,398 7 33 7,9-5, 348,75 3943, 8 4 9,0-6,5 3449,64 3939,06 9 5 0, -7,9 349,96 3934,84 0 60, -9,4 3390,66 3934,84 69, -,0 336,358 3930,654 79 3,5-8,0 337,87 396,468 3 89 4,7 -,5 398,568 39,8 4 99 5,9-4,5 369,66 398,096 4,4 03 6,3-0,0 360,894 398,096 45 360 00 80 A konyhasó-oldat adatai csak 360 C fokig ismertek. A víz kritikus pontja felett (374 C) közelítı egyenletekkel számolnak. A vízmentes NaCl olvadáspontja 80 C