Praktikum_po_termodinamike

наб лю дае тсяне к о то ро е

уме ньше ние о б ъ е ма шарик а. В

пе рво м случае по к азания

те рмо ме тра заниж е ны,

а во вто ро м - завыше ны. Со

вре ме не м нуж ный о б ъ е м

по сте пе нно е завыше ние по к азаний те рмо ме тра.

В ыступ аю щ и й столб и к

ртути . Т е рмо ме тры о б ычно

градуирую тся при

усло вии, к о гда ве сьсто лб ик

ртути принял изме ряе мую те мпе ратуру. В о мно гих

случаях при изме ряе мо й те мпе ратуре нахо дятсято льк о шарик

те рмо ме тра и часть

те мпе ратуры. Т ак им о б разо м, по правк а на выступаю щ ий сто лб ик

со сто ит в

вычисле нии ве личины, на к о то рую изме нится по к азание

те рмо ме тра, е сли ве сь

сто лб ик до ве сти до изме ряе мо й те мпе ратуры.

Т е мпе ратура, к о то рая о к руж ае т это т сто лб ик

ртути,

мо ж е т б ытьизме ре на

вспо мо гате льным те рмо ме тро м, шарик к о то ро го

прик ладывае тся к

о сно вно му

(

− 1 )

,

6000

/ th t

где 6000 - параме тр,

харак те рный дляо б ычно упо тре б ляе мых со рто в сте к ла.

П ри мер.

По к азание

о сно вно го

те рмо ме тра

равно

200

°С,

по к азание

те рмо ме тра,

изме ряю щ е го

те мпе ратуру

выступаю щ е го

сто лб ик а,

+27 °С;

о сно вно й те рмо ме тр нахо дитсяпри изме ряе мо й те мпе ратуре до че рты +30 °С.

И ме е м: t = 200 °; t1 = 27 °;

h = 200 ° - 30 ° = 170 °.

По правк а = 170×(200 - 27)/6000 = +4.9 °

И зме ряе маяте мпе ратура = 200 ° + 4.9 °.

М ертвый

х од .

Д ля те рмо ме тро в с узк им к апилляро м ино гда наб лю дае тся

сле дую щ е е явле ние : при по выше нии те мпе ратуры ме ниск

ртути о станавливае тся

ниж е истинно й те мпе ратуры,

а при по ниж е нии те мпе ратуры -

выше

истинно й

те мпе ратуры. Оно

называе тся не равно ме рным

к апиллярным

со про тивле ние м.

Т ак им о б разо м, не смо тря на

те пло во е

расшире ние ртути,

движ е ние

сто лб ик а

о к азывае тсяк ак

б ы засто по ре нным (ме ртвый хо д). М

е ртвый хо д чащ е по лучае тся

при изме ре нии

по ниж аю щ ихся те мпе ратур. По это му при

изме ре нии разно сти

те мпе ратур

удо б не е

про изво дитьнагре вание , а

пе ре д о тсче то м де латьле гк о е

по стук ивание по те рмо ме тру.

В озгонк а

ртути внутри

к апилляра

ино гда

про исхо дит при

изме ре нии

те мпе ратур

выше

100 °С.

Е сли при

по стук ивании

по

те рмо ме тру к апли

во зо гнавше йсяртути не со е диняю тсяс о сно вно й массо й,

то исправляю тнуле вую

то чк у и испо льзую тэту по правк у дляно во го ме ниск а.

М Е ТО Д И КА В Ы П О Л НЕ НИ Я РА БО ТЫ

Этап 1. И сп ытани е точ к и 0 °.

Бе рут чистый ле д и

тщ ате льно

про мываю т во до й. З ате м е го ме лк о

изме льчаю т в фарфо ро во й

ступк е и, пе ре ме шав с дистиллиро ванно й

во до й в

к аше о б разную массу, по ме щ

аю тв фильтро вальную во ро нк у. На к о нчик

во ро нк и

наде ваю т ре зино вую труб к у с заж имо м,

че ре з к о то рую пе рио диче ск и

сливаю т

по ме щ аю т в ле дяную сме сьтак , что б ы нуле во е де ле ние б ыло на 2-3

см по д

сме сью . Сме сь пе ре ме шиваю т ме шалк о й. Че ре з 5-6 мин те рмо ме тр

б ыстро

вынимаю т из льда, что б ы мо ж но б ыло про изве сти о тсче т, но что б ы шарик

по -

пре ж не му о ставалсяв сме си. Осто ро ж ным ударо м пальца по те рмо ме тру (вб лизи

е го по к азания) устраняю т во змо ж но сть"ме ртво го хо да", зате м записываю т это

по к азание . Сно ва по груж аю т те рмо ме тр в сме сьи сно ва по вто ряю то тсче т.

Т ак

де лаю т3-4 раза и б е рутсре дне е значе ние .

что б ы е е

уро ве ньне захо дил в узк ую часть. В о ду нагре ваю т до

к ипе ния. Че ре з

ве рхне е

о тве рстие приб о ра по ме щ аю т испытуе мый те рмо ме тр

в приб о р так ,

t = 100 (tизм - tле д)/(tк ип - tле д),

где t – истинно е значе ние

изме ряе мо й

те мпе ратуры,

tизм

–

со о тве тствую щ

е е

по к азание

те рмо ме тра

при

изме ре нии,

tле д и tк ип

–

по к азания те рмо ме тра,

по луче нные во льду и в к ипящ

е й во де .

Этап 3. О п ред елени е к ри ти ч еск ой темп ературы летуч ей

ж и д к ости .

Ж идк о стьпо ме щ аю тв ампулу 2 диаме тро м 2-3 мм и длино й 3-4 см (рис.2).

Нагре вание

ампулы

про исхо дит в

во здушно й

б ане

1,

снаб ж е нно й

с

про тиво по ло ж ных сто ро н о к о ше чк ами длянаб лю де ния.

4

3

34

Рис.2.

Схе ма

приб о ра

для

изме ре ния

1

h

к ритиче ск о й

те мпе ратуры:

1 -

во здушная

б аня; 2 - ампула с ж идк о стью ; 3 - о сно вно й

2 °

те рмо ме тр на 250-300 °С; 4 - те рмо ме тр для

изме ре ния

те мпе ратуры

выступаю щ е го

сто лб ик а ртути на 150°С; h – выступаю щ ий

сто лб ик

к ритиче ск о й

те мпе ратуры.

З адавшись не б о льшим

инте рвало м

те мпе ратур,

наприме р,

+10

°С, по дб ираю т ве личину пламе ни, к о то рая о б е спе чивала

б ы

ме дле нно е

нагре вание

со

ск о ро стью

не

б о ле е

1-2

градусо в

в минуту,

и

приб лизите льно

так о е

ж е

о хлаж де ние . По сле

это го

не ск о льк о

раз про во дят

наб лю де ние

за по ве де ние м ж идк о сти в ампуле

к ак

при по выше нии,

так и при

по ниж е нии

те мпе ратуры, о тме чая к аж дый

раз пару

те мпе ратур

-

по к азания

те рмо ме тро в 3 и 4, со о тве тствую щ ие исче зно ве нию

или по явле нию

ме ниск а. Д ля

уме ньше ния

суб ъ е к тивных

о шиб о к

ре к о ме ндуе тся

наб лю де ние

за

ампуло й

про во дитьна фо не о све щ

е нно го листа б е ло й б умаги.

По по луче нным данным вычисляю тк ритиче ск ую те мпе ратуру, к о то рая

равна по к азанию те рмо ме тра 3 (исправле нно му по то чк ам 0 ° и 100 °С) плю с

рассчитаннаяпо правк а на выступаю щ ий сто лб ик .

Ре зультаты о фо рмляю тв виде двух таб лиц. В

пе рво й таб лице пре дставляю т

испытанияте рмо ме тра при 0 ° и 100 °С.

Таб ли ц а 1

Испы т ания т очки 0 и 100 °С т

ерм ом ет ра

Но ме р

Сре дне е

испытания

1

2

3

…

По к азанияпри 0 °С

По к азанияпри 100 °С

Фо рмула

для

исправле ния

t = 100×(tизм - tле д)/(tк ип - tле д)

по к азаний tизм

(до лж ны б ытьук азаны по луче нные значе нияtизм, tле д и

tк ип)

В о

вто рую

таб лицу

записываю т

данные

изме ре ния

к ритиче ск о й

те мпе ратуры, к о то рую вычисляю т с уче то м исправле нных по к азаний о сно вно го

те рмо ме тра

(по фо рмуле t)

и

по правк и

на

выступаю щ ий сто лб ик . З ате м всю

се рию

tк р о б раб атываю т по

ме то ду Стью де нта при

до ве рите льно й

ве ро ятно сти

Р=0.95:

вычисляю т сре дне е

значе ние tк р

и

нахо дят к о ридо р о шиб о к

Dt (см.

"Л ите ратура" - [1]).

Таб ли ц а 2

Ре зультаты изме ре нияк ритиче ск о й те мпе ратуры (ук азатьк ак о го ве щ

е ства)

Но ме р о пыта

1

2

3

...

По к азанияо сно вно го те рмо ме тра (tизм)

И справле нные по к азания(t) по фо рмуле

Т е мпе ратура выступаю щ е го сто лб ик а (t1)

По правк а на выступаю щ ий сто лб ик

К ритиче ск аяте мпе ратура (tк р)

Ок о нчате льный ре зультат(при Р = 0,95)

tк р

= tк р + Dt

В

"В ыво дах к

раб о те " не о б хо димо :

1. Описать изме не ния,

про исхо дящ ие

при

нагре вании

ж идк о сти

вб лизи

к ритиче ск о й те мпе ратуры.

2. Ук азатьисто чник и о шиб о к , во зник аю щ их при изме ре нии tк р.

3. Ук азать1-2 значе нияпо право к

на выступаю щ ий сто лб ик ; по дче рк нуть, о

к ак о й аб со лю тно й по гре шно сти мо гла б ы идти ре чьб е зуче та это й по правк и.

4. Сравнитьизме ре нную

те мпе ратуру с истинным значе ние м (см.

[2]) и

взаимо де йствие ме ж ду частицами (о сущ е ствляю тсято льк о

упругие

со ударе ния),

иде альный ж идк ий раство р, к ак

и лю б ая к о нде нсиро ванная фаза, не мыслим б е з

взаимо де йствия ме ж ду частицами, о днак о

эти

взаимо де йствия взаимно

к о мпе нсиро ваны.

Об разо вание

так о го

раство ра

не

со про во ж дае тся

ни

изме не ние м о б ъ е ма

(DV=0),

ни

те пло вым

эффе к то м

(DH=0). Е сли взаимная

ск о мпе нсиро ванно стьсил взаимо де йствия о тсутствуе т, то

ж идк ий раство р не

являе тсяиде альным.

Хи м и ч еск и й пот енци а л к омпонент а ви деа льном ж

и дк ом р а ст вор е

μi(ж ) =μiо (ж ) +RT ×lnXi

ниж е ,

че м анало гичная ве личина

для чисто го

к о мпо не нта, по ск о льк у

Х i <1

(Х i -

мо льная до ля к о мпо не нта

в

раство ре ). По это му при равно ве сии все гда

по ниж е но

парциально е давле ние i-то го к о мпо не нта в

газо во й фазе , нахо дящ

е йся

в равно ве сии с раство ро м:

(п)

o(п)

×

Pi+ln m

RTm=

i

i

И зрассмо тре ния фазо во го

равно ве сия ж идк о сть-пар: miж = miп дляраство рите ля

в раство ре и в чисто м со сто янии сле дуе тзак о н Рауля:

P

Р o -P

i

i

Xi =

i

или

= Xi .

Po

Po

i

i

По зак о ну

Рауляв иде ально м ж идк о м раство ре

давле ние пара раство рите лянад

раство ро м

про по рцио нально

е го

мо льно й

до ле .

К

иде альным

раство рам

приб лиж аю тся б е ск о не чно

разб авле нные

раство ры.

По ниж е ние

химиче ск о го

Сво йства, к о то рые зависято тк о нце нтрации

раство ре нных ве щ е ств, но не их

химиче ск о й

приро ды,

называю тся к о ллигативными.

Т ак их

сво йств

три:

о смо тиче ск о е

давле ние

раство рите ля,

о тно сите льно е

по ниж е ние

давле ния

насыщ е нно го

пара

раство рите ля и, со о тве тстве нно ,

по выше ние

те мпе ратуры

к ипе нияили по ниж е ние те мпе ратуры заме рзанияраство ра.

Рассмо трим,

к ак

со о тно сятся ме ж ду

со б о й

к о ллигативные

сво йства.

Д авле ние

пара

раство рите ля по ниж ае тся при

раство ре нии

в не м не ле туче го

ве щ е ства.

При

те мпе ратуре заме рзания давле ние насыщ е нно го

пара

над

раство ро м и чистым тве рдым раство рите ле м до лж ны б ытьравны.

На рис. 1.

приве де ны зависимо сти

давле ния насыщ е нно го пара

над

раство рами и

над

чистым раство рите ле м в тве рдо м и ж идк о м со сто янии.

Р

C

D

E

Рис.1.

Ратм

FВ

-

зависимо сть

В

DTк ип

p = f(T)

над

чистым

А

тве рдым

F

раство рите ле м;

Т о - те мпе ратура

е го

заме рзания

Т

(плавле ния),

В С

Т 2

Т 1

Т о

ΔΤ1

–

анало гичная

зависимо стьдля

ΔΤ2

чисто го

ж идк о го

А D - для разб авле нно го

раство ра не эле к тро лита ; Т 1 - те мпе ратура заме рзания

это го раство ра; FE - для разб авле нно го

раство ра эле к тро лита; T2

- те мпе ратура

заме рзанияэто го раство ра.

Т е мпе ратура,

при

к о то ро й начинае тся

к ристаллизация,

для

раство ра,

со де рж ащ

е го

не ле туче е

раство ре нно е

ве щ

е ство ,

ниж е ,

че м

для чисто го

раство рите ля.

Д ля

разб авле нных

раство ро в

по ниж е ние

те мпе ратуры

к ристаллизации про по рцио нально к о нце нтрации раство ре нно го ве щ

е ства.

DTзам = K × m,

(1)

38

где К

- к рио ск о пиче ск ая к о нстанта раство рите ля,

или

мо ляльно е

по ниж е ние

те мпе ратуры

заме рзания (по ниж е ние

те мпе ратуры

заме рзания

раство ра,

о б разо ванно го

при раство ре нии мо ля иссле дуе мо го

ве щ е ства

в

1000 г

раство рите ля);

m - мо ляльно сть раство ре нно го

ве щ е ства (в мо лях на 1000 г

раство рите ля).

И спо льзуя уравне ние К лапе йро на-К лаузиуса,

мо ж но

записатьуравне ние для

к рио ск о пиче ск о й к о нстанты:

K =

RT2

0

,

(2)

1000 ×L

где R

- униве рсальная газо вая по сто янная,

L

-

уде льная те пло та плавле ния

раство рите ля, Т о - те мпе ратура заме рзанияраство рите ля.

ниж е ,

че м

над

раство ро м

не эле к тро лита

о динак о во й

аналитиче ск о й

к о нце нтрации. Э то со о тве тствуе тпе ре хо ду о тк риво й AD на рис.1 к к риво й

FE и,

со о тве тстве нно ,

уве личе нию разно сти

те мпе ратур заме рзания раство ра и

раство рите ляо тDT1

до DT2 .

Опре де ле ние мо лярно й массы ве щ е ства

К о личе стве ннаясвязьме ж ду по ниж е ние м те мпе ратуры заме рзанияраство ра

и

е го

к о нце нтрацие й

ле ж итв о сно ве не к о то рых ме то до в иссле до вания

о ляльно стьраство ра m ,

раство ро в.

М

к о то рая вхо дит в уравне ние

(1), мо ж е т б ыть

связана с мо лярно й массо й раство ре нно го ве щ

е ства

M: е сли в

z г раство рите ля

раство ре но g г раство ре нно го ве щ

е ства, то

z г

- g

г

1000 г

- х г

то гда

m =

x

= 10 00 × g ,

По дставляязначе ние

M

z × M

m в уравне ние (1),

по лучае м:

T

= К ×

m = K ×

1000 ×

g ,

зам

z × m

о тсю да

фо рмула

для расче та

мо ле к улярных масс ве щ е ств

(не эле к тро лито в)

б уде тиме тьвид:

×

×g

. K 1000

M =

(3)

z ×DTзам

Опре де ле ние сте пе ни эле к тро литиче ск о й диссо циации

В

раство рах эле к тро лито в о б щ е е

число

частиц уве личивае тся в i

раз по

сравне нию с исхо дным число м частиц всле дствие

диссо циации раство ре нно го

ве щ е ства

на

ио ны.

По это му

по ниж е ние те мпе ратуры заме рзания раство ро в

до лж на б ытьниж е те мпе ратуры заме рзанияраство рите ляна 1-2 о С,

но не б о ле е ,

т.к .

в

про тивно м случае

про исхо дит ре зк о е

пе ре о хлаж де ние

ж идк о сти

в

к рио ск о пе ,

что

приво дит к

не правильно му

о пре де ле нию

е е

те мпе ратуры

заме рзания.

ла бор а нт а или пр епода ва т еля про во дятнастро йк у те рмо ме тра

С по мо щ ью

Бе к мана.

Этап 2. О п ред елени е темп ературы замерзани я раствори теля .

В

к рио ск о п

с по мо щ ью пипе тк и вно сят25-30 мл раство рите ля. По ме щ аю т

про б ирк у с раство рите ле м в стак ан 5 с о хладите льно й сме сью

и даю тне ск о льк о

о хладиться,

о сто ро ж но пе ре ме шиваяраство рите льпе рио диче ск им по к ачивание м

ме шалк и 4.

Опуск аю тв к рио ск о п те рмо ме тр Бе к мана 3 и сле дятза изме не ние м

те мпе ратуры не

пре к ращ ая пе ре ме шивания. В

про це ссе о хлаж де ния ж идк о сти

сто лб ик

ртути те рмо ме тра

Бе к мана

б уде т о пуск аться. При

по явле нии пе рвых

к ристалло в

пе ре о хлаж де нно й ж идк о сти ртутьв к апилляре

те рмо ме тра до лж на

по дняться.

В это тмо ме нтинте нсивным пе ре ме шивание м не о б хо димо

до б иться

выде ле нияк ристалло в. М ак симальнаяте мпе ратура, к о то рую

по к аж е тте рмо ме тр

и к о то рая до лж на не к о то ро е вре мя о ставаться по сто янно й,

б уде т те мпе ратуро й

заме рзания раство рите ля.

З ате м,

вынув к рио ск о п вме сте

с те рмо ме тро м

и

ме шалк о й,

даю т к ристаллам

раство риться,

вно вь со б ираю т

устано вк у

и

по вто ряю то пыт.

Расхо ж де ние

в о пре де ле нии

те мпе ратуры заме рзания раство рите ля в

о тде льных о пытах не до лж но пре вышать0,01 - 0,02 усло вных градуса.

Сре дний

ре зультат4-5 изме ре ний и б уде тте мпе ратуро й заме рзанияраство рите ля.

Э тап3. Опре де ле ние те мпе ратуры заме рзанияраство ра.

На анали ти ч еск и х весах б ерут навеск у анали зи руемоговещ ества

массой 0,2000 - 0,3000 гп ри оп ред елени и моля рной массы. П ри

оп ред елени и степ ени

элек троли ти ч еск ой д и ссоци аци и д и ап азон

анали зи руемых к онцентраци й устанавли вает п реп од аватель. Затем

ввод я т п олуч енную

навеск у в к ри оск оп и д аю т вещ еству раствори ться .

П ровод я т оп ред елени е темп ературы замерзани я п олуч енногораствора

аналоги ч ноэтап у 2.

При выпо лне нии раб о ты не о б хо димо со б лю датьсле дую щ ие правила:

∙

взве шивание иссле дуе мо го ве щ е ства сле дуе тпро изво дитьс то чно стью

до