تعیین آنتالپی مولی استاندارد تبخیر

آنتالپی تبخیر با نماد ΔHvap به عنوان گرمای نهان یا گرمای تبخیر شناخته می شود . به انرژی مورد نیاز برای تبدیل یک مایع به گاز آنتالپی تبخیر می گویند که واحد آن ژول بر مول می باشد. آنتالپی تبخیر وابسته به دما است اگرچه ثابت آنتالپی تبخیر می تواند برای حرارت های کم و دماهای پایین حدس زده شود . آنتالپی تبخیر با افزایش دما کاهش می یابد و در دمای بحرانی به صفر می رسد زیرا بالای دمای بحرانی فاز مایع و بخار دیگر وجود ندارد.

آنتالپی تبخیر با استفاده از درجه حرارت ثابت اندازه گیری می شود به  معنی رسیدن به درجه حرارت پایین قبل از تبخیر ،به منظور بالا بردن دما و در نتیجه انرژی جنبشی گرما اضافه می شود.آنتالپی تبخیر اندازه گیری مقدار گرمای اضافه شده است. آنتالپی استاندارد تبخیر همه ی موارد مثبت است.هر چه نیروی جاذبه میان ذره های تشکیل دهنده ی یک ماده قویتر باشد آنتالپی تبخیر آن ماده بیشتر است.

66

enthalpy

 

[vip-members]

گرمای تبخیر:

در یک سیستم یک مایع که به جوش آمده است تعدادی از مولکول های آن به گاز تبدیل می شوند. گرمای تبخیر مربوط به حرارتی است که از مایع به جوش آمده از دست رفته است که با این گرمای از دست رفته فاز مولکول ها تغییر می کند .آنتلپی تبخیر مقدار گرمای اضافه شده به سیستم مایع در حال جوش می باشد. در نتیجه دمای مایع ثابت باقی می ماند در حالی که حرارت داده شده برای تبدیل مولکول های جذب شده است.

مثال:

اگر یک مایع 50 ژول از گرمای تبخیر یک مول از مایع  را استفاده کند چقدر از آن آنتالپی تبخیر است؟

حل: مطالب موجود در تصویر زیر

45

تعیین آنتالپی مولی استاندارد تبخیر:

از ادغام معادله وابستگی تغییرات انرژی آزاد گیبس به ثابت تعادل یعنی:

ΔG0 = -RTLnK                                 رابطه 1

 در معادلهی معروف زیر:

ΔG0 = ΔH0-TΔS                               رابطه 2

معادلهی وانت ھوف بدست می آید:

(LnK = (-ΔH0 / R)(1 / T) + (ΔS / R           رابطه 3

و یا

(logK = (-ΔH0 / 2.303)(1 / T) + (ΔS0 / 2.303                  رابطه 4

که رابطهی ثابت تعادل با دما مشخص میکند.

در تعادل آب با بخار خود:

(H2O(l)⇔H2O(g

در استفاده از معادلهی وانت ھوف،ثابت تعادل بخار آب P بوده و تغییر در آنتالپی واکنش تعادلی واکنش تعادلی فوق ΔH0vap  می باشد.

از این رو خواهیم داشت:

Log= (-ΔH0vap /2.303)(1/T) +( ΔS0vap / 2.303R)                                                رابطه 5

با تعیین فشار بخار آب در دماھای مختلف رسم نمودار خطی log P در مقابل معک.س دمای مطلق، میتوان از روی شیب نمودار و محل تقاطع نمودارھای مختصات، اقدام به تعیین آنتالپی و آنتروپی مولی استاندارد تبخیر آب به ترتیبΔS0vap  ,  ΔHنمود.

برای ثبت فشار بخار آب در دماھای مختلف، کافی است یک مرز آب مقطر صفر درجه را روی یک ظرف آب مقطر صفر درجه وارونه کنید. شکل 1 را ملاحظه کنید مقداری ھوا در بالای مزو محبوس میشود که باتعیین حجم آن (Vair) میتوان تعداد مول ھای ھوا (nair) را بصورت زیر تعیین کرد:

(nair = Vair / (22400 cm3.mol

افزایش آب داخل ظرف مزو سبب تبخیر آب شده و به دلیل ورودبخار آب به محفظهی ھوای محبوس شده حجم مخلوط گازی آب-ھوا افزایش مییابد.با ثبت حجم مخلوط گازی محبوس شده V در ھر دما T میتوان فشار جزئی ھوا را در مخلوط گازی،با فرض رفتار ایده آل بصورت زیر محاسبه نمود:

Pair = nairRT / V                                    رابطه 7

(تعداد مول ھای ھوا ھمواره مقدار ثابتی است.)

به علاوه در ھر دما،با کم کردن فشار ھوای محبوس شده از فشارجو آزمایشگاه Pt میتوان فشار بخار آب P را در آن دما معین کرد:

P = Pt + Pair                                              رابطه 8

Untitled

 

شکل1-) دستگاه تعیین فشار بخار آب در دماھای مختلف

روش آزمایش:

وسایل و مواد مورد نیاز:ارلن 1لیتری، دماسنج، ھیتر، ھمزن، مزو 25cm3 ،ھمزن مغناطیسی، آب مقطر و یخ.

یک ارلن 1 لیتری را از مخلوط یخ و آب پر نموده و در آن یک ھمزن مغناطیسی قرار دھید. به یک مزو 25cm3 حدود 20 cm3 ، آب مقطر صفر درجه اضافه نمود و آن را در ارلن مملو از آب صفر درجه یادداشت کنید کنید.ھیتر و ھمزن را به مایمت روشن کنید، به ازای افزایش ھر سانتی متر مکعب گاز(هوا و بخار آب) داخل مزو، دما و حجم گازی را یادداشت کنید،فشارجو را نیز از بارومتر آزمایشگاه بخوانید.

محاسبات :

1) درھر دما،حجم مخلوط گازی، تعداد مول ھا و فشارھای جزئی ھوا و بخار آب را به فرض رفتار ایده آل در یک جدول تنظیم نمایید

2) نمودار logP را در مقابل معکوس دمای مطلق رسم نموده و از آنجا آنتالپی و آنتروپی مولی استاندارد تبخیر آب گزارش نمایید.

3) به کمک نمودار LogP در مقابل معکوس دمای مطلق، دمای جوش نرمال آب را تعیین نمایید.

4) خطای مطلق و خطای نسبی را در مورد آنتالپی مولی استاندارد تبخیر و دمای جوش نرمال آب را محاسبه نموده و راجع به خطاھای ممکن
بحث کنید.

5) آنتروپی مولی استاندارد تبخیر آب را با مقدار حاصل از تئوری تروتون مقایسه نموده و بحث کنید.

[/vip-members]

 

 

1

نظر

  1. reihane  بهمن 29, 1395

    ممنوووووووووووون برای مطلب عااالیتون

     پاسخ"  

افزودن نظر