llaabboorraattoorriijjsskkee vvaajjee iizz ... ?· • peter atkins, julio de paula, physical...

Download LLAABBOORRAATTOORRIIJJSSKKEE VVAAJJEE IIZZ ... ?· • Peter Atkins, Julio de Paula, Physical Chemistry,…

Post on 16-Jul-2019

214 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • UUUnnniiivvveeerrrzzzaaa vvv MMMaaarrriiibbbooorrruuu

    FFFAAAKKKUUULLLTTTEEETTTAAA ZZZAAA KKKEEEMMMIIIJJJOOO IIINNN KKKEEEMMMIIIJJJSSSKKKOOO TTTEEEHHHNNNOOOLLLOOOGGGIIIJJJOOO

    AAAllljjjaaannnaaa PPPEEETTTEEEKKK

    LLLAAABBBOOORRRAAATTTOOORRRIIIJJJSSSKKKEEE VVVAAAJJJEEE IIIZZZ

    TTTEEERRRMMMOOODDDIIINNNAAAMMMIIIKKKEEE

    NNNaaavvvooodddiiilllaaa zzzaaa vvvaaajjjeee

    MMMaaarrriiibbbooorrr,,, aaappprrriiilll 222000000999

  • Copyright 2009

    Aljana Petek, Laboratorijske vaje iz termodinamike, navodila za vaje

    Recenzent: zasl. prof. dr. Valter Doleek, UM FKKT

    Avtor: doc. dr. Aljana Petek

    Vrsta publikacije: zbrano gradivo

    Zalonik: FKKT Univerze Maribor

    Naklada: On-line

    Dostopno na naslovu: http://atom.uni-mb.si/Stud/egradiva.php

    Gradiva iz publikacije, brez dovoljenja avtorja, ni dovoljeno kopirati, reproducirati,

    objavljati ali prevajati v druge jezike.

    CIP - Kataloni zapis o publikaciji Univerzitetna knjinica Maribor 536(075.8)(076) PETEK, Aljana Laboratorijske vaje iz termodinamike [Elektronski vir] : navodila za vaje / Aljana Petek. - Maribor : Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, 2009 ISBN 978-961-248-189-6

    COBISS.SI-ID 63899905

  • UVOD

    Namen laboratorijskih vaj je utrditev in poglobitev znanja posameznih vsebin termodinamike

    na osnovi praktinega dela. tudentom omogoajo pridobivanje novih spoznanj s podroja

    merilnih postopkov in laboratorijske opreme, razvijanje sposobnosti opazovanja, prepoznavanja

    in reevanja problemov s poudarkom na sistematinosti.

    Vaje bodo dosegle svoj namen le ob ustrezni pripravljenosti tudentov nanje, pri emer

    bodo v pomo ta navodila. tudente seznanjajo s teoretinimi osnovami, opisom aparatur

    ter napotki za pravilno in uinkovito delo. Vodijo jih tudi pri obdelavi, analizi in kritinem

    ovrednotenju kvalitete meritev, interpretaciji rezultatov in izdelavi laboratorijskega dnevnika.

    V navodilih obravnavane vsebine so povzete iz naslednjih literaturnih virov:

    J.M. Smith, H.C. Van Ness, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics,

    Fourth Edition, McGraw-Hill International Editions, 1987

    J.M. Smith, H.C. Van Ness, M.M. Abbot, Introduction to Chemical Engineering

    Thermodynamics, Seventh Edition, McGraw-Hill International Editions, 2005

    G.A. Mansoori, Series Editor, AIChE Modular Instruction, Series D: Thermodynamics,

    Volume 5, Thermodynamic theory

    Peter Atkins, Julio de Paula, Physical Chemistry, Oxford University Press, Oxford,

    Seventh edition, 2002

    Anton Paar, DMA 35 N, Prenosni instrument za merjenje gostote, Navodila za uporabo

    G.V. Jeffreys, C.J. Mumford, A Laboratory Course in Chemical Engineering Mass

    Transfer Operations, TecQuipment Ltd., Aston University, 1982

    Anton Paar, Instructions for the 1451 Solution Calorimeter, Manual No. 154

    Robert J. Silbey, Robert A. Alberty, Moungi G. Bawendi, Physical Chemistry,

    John Wiley & Sons, Inc., 2005

    Zaslunemu profesorju dr. Valterju Doleku se zahvaljujem za nasvete in strokovno recenzijo.

    Maribor, marec 2009 Aljana Petek

  • VSEBINA

    1. Ravnoteje para - tekoe

    5

    2. Ravnoteje tekoe - tekoe 16

    3. Topilna toplota 24

    4. Parcialna molska prostornina 34

  • Aljana Petek, Laboratorijske vaje iz termodinamike

    5

    1 RAVNOTEJE PARA - TEKOE

    1. OSNOVE

    Kadar v zaprti posodi segrevamo raztopino dveh komponent z razlino hlapnostjo,

    izhlapevata tako dolgo, dokler parni tlak nad raztopino ne dosee stabilne vrednosti.

    Temperatura, ki jo pri tem dosee tak sistem, odgovarja temperaturi vrelia. e ostane

    temperatura konstantna, komponenti izhlapevata in kondenzirata. Ravnoteje, ki se pri tem

    procesu vzpostavi je zato dinamino. Koliko komponente izpari pri stalnem tlaku,

    temperaturi in sestavi, toliko je mora tudi kondenzirati.

    Po J. W. Gibbsu sta v ravnoteju v obeh fazah enaka tlak in temperatura, enaka sta tudi

    posamezna kemijska potenciala i-te komponente v pari ( gi ) in tekoi fazi (li ). Enakost

    kemijskega potenciala se lahko izrazi tudi z enakostjo fugativnosti komponente v obeh

    fazah:

    li

    gi ff

    = , (1.1)

    kjer je gif fugativnost i-te komponente v meanici parne (plinaste) faze in l

    if fugativnost

    i-te komponente v meanici tekoe faze.

    Fugativnost komponente v parni fazi je podana z enabo:

    pyf iig

    i = , (1.2)

    kjer je i koeficient fugativnosti komponente i, iy mnoinski dele komponente v pari in

    p celoten tlak. e torej pomnoimo parcialni tlak ( pyi= ) s i , dobimo fugativnost. Za

    idealno plinsko meanico se blia fugativnost komponente parcialnemu tlaku:

    0 pgrekopyf ig

    i .

    Po Lewis Randallovem pravilu je standardno stanje za raztopine, stanje iste posamezne

    komponente (fiO) pri isti temperaturi in tlaku, kot sta p in T raztopine. Kvocient, med

  • Aljana Petek, Laboratorijske vaje iz termodinamike

    6

    fugativnostjo komponente i v raztopini ( lif ) in fugativnostjo iste tekoe komponente i v

    njenem standardnem stanju, je G.N. Lewis poimenoval aktivnost ia , sledi:

    il

    i af = fiO. (1.3)

    Aktivnost je povezana z mnoinskim deleem komponente v raztopini ( ix ) s koeficientom

    aktivnosti ( i ):

    iii xa = (1.4)

    in 11 ii xko , (Lewis-Randallovo pravilo).

    S kombinacijo enab (1.1), (1.2), (1.3) in (1.4) dobimo osnovno enabo za ravnoteje para

    tekoe:

    iiii xpy = fiO . (1.5)

    Fugativnost standardnega stanja tekoe faze, fiO, je odvisna le od lastnosti iste tekoine.

    Povezavo z nasienim parnim tlakom iste komponente nasip podaja enaba:

    fiO

    =

    p

    p

    li

    nasi

    nasi

    nasi

    dpVTR

    p1

    exp . (1.6)

    e vstavimo enabo (1.6) v enabo (1.5) dobimo enabo, ki podaja ravnoteje med parno

    in tekoo fazo pri temperaturi T in tlaku p :

    =

    p

    p

    li

    nasi

    nasiiiii

    nasi

    dpVTR

    pxpy1

    exp . (1.7)

    Pri nizkih tlakih (do nekaj 100 kPa) se enaba (1.7) poenostavi, ker sta koeficienta

    fugativnosti priblino enaka in izraz

    p

    p

    li

    nasi

    dpVTR

    1exp (Poyntigova korekcija) je blizu

    ena. Enaba (1.7) se sedaj glasi:

    nasii

    ii

    px

    py= . (1.8)

  • Aljana Petek, Laboratorijske vaje iz termodinamike

    7

    Vsi aktivnostni koeficienti komponent v idealni raztopini so ena in enaba (1.8) se reducira

    v Raoultov zakon: nasiii pxpy = .

    Koeficient aktivnosti komponente v raztopini je odvisen od temperature, tlaka in sestave,

    zato ga moramo doloiti eksperimentalno.

    2. APARATURA

    Za doloanje ravnoteja para tekoe bomo uporabili modificirano Ellisovo aparaturo,

    prikazano na sliki 1.1.

    Sestavljena je iz vrelnika A, v katerem vre testna raztopina. Pri tem nastaja meanica par in

    tekoine, ki prehaja skozi stekleno spiralno cev B. Dvigajoe pare nosijo kapljice tekoine,

    ki se uravnoteijo s paro in izhajajo iz cevi e v ravnoteju ter oblivajo epek C, v katerem

    se nahaja termolen za merjenje temperature vrelia.

    Pare se nato dvigajo po osrednji cevi E, medtem ko se tekoina vraa v komoro F. Pare, ki

    izhajajo iz cevi E gredo skozi cev G, ki je elektrino ogrevana, da preprei kondenzacijo

    par. Tako vse pare prehajajo v vodni hladilnik H, kjer v celoti kondenzirajo in se zbirajo v

    zbiralniku J, od koder vzamemo tudi vzorec za sestavo parne faze. Ko je zbiralnik J poln,

    se kondenzat vraa po cevi P in se mea s tekoino, ki tee po cevi K iz F. Ta meanica se

    nato ponovno upari v vrelniku A in tako se celoten proces ponavlja.

    Vsebino

Recommended

View more >