Data ćwiczenia: 13.01.2012 Data oddania sprawozdania: 20.01.2012

Chemia fizyczna – Laboratorium

Prowadzący: dr Marek Boczar

Grupa L2

Wykonali: Piątek Norbert i Radoń Dorota

Inżynieria materiałowa

Rok II Nr. Ćwiczenia :

1 Temat:

Wyznaczanie cząstkowych objętości molowych Ocena:

1. Przebieg ćwiczenia:

Przygotowano serie roztworów mieszając podane w tabelkach objętości alkoholu etylowego absolutnego z wodą. Po dokładnym zmieszaniu roztworów i ustabilizowaniu temperatury, zmierzono ich gęstości pięciokrotnie i wyciągnięto średnią z pomiarów. Wyniki pomiarów zebrano w tabeli.

2. Opracowanie wyników:

Tabela pomiarów gęstości:

Nr roztorów woda alkohol 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1,00156 0,8069 0,9641 0,94207 0,91664 0,88726 0,86359 0,84579 0,83352 0,82052 0,80417

1,00158 0,8057 0,9689 0,94136 0,9156 0,8853 0,86308 0,84558 0,83385 0,82079 0,80492

1,00154 0,8042 0,9705 0,94123 0,91466 0,88642 0,8633 0,84589 0,83365 0,82124 0,80482

1,00135 0,7941 0,9708 0,94118 0,91461 0,88675 0,86349 0,84634 0,83239 0,82063 0,80485

1,00014 0,7939 0,9724 0,94133 0,91566 0,88681 0,86373 0,84641 0,83404 0,82087 0,80557

1,00012

1,0028

Dr średnie 1,001299 0,8009 0,9693 0,94146 0,915378 0,886433 0,863365 0,8459 0,833353 0,820795 0,80469

I . Za pomocą programu Excel oraz wzorów:

wa

r

nn

VV

+=

r

war d

mmV

+=

m=d*V A także wiedząc że:

Mwody = 18g/mol , Malk = 46,07g/mol

All ri

ghts

rese

rved

Obliczono wymagane wartości i umieszczono w tabeli:

Nr.roztw 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Valk 3 5,5 7 8,5 9,5 10,5 11 11,5 12 Vwody 9,5 7 5,5 4 3 2 1,5 1 0,5 ma 2,4028 4,405159 5,606566 6,807973 7,608911 8,409849 8,810318 9,210787 9,611256 mw 9,5123 7,00909 5,507142 4,005194 3,003896 2,002597 1,501948 1,001299 0,500649 Vr 12,292 12,12399 12,14112 12,19852 12,29238 12,30931 12,37443 12,4417 12,56621 xa 0,0898 0,197147 0,284571 0,399083 0,497405 0,621323 0,696222 0,782328 0,882362 na 0,0522 0,095619 0,121697 0,147775 0,16516 0,182545 0,191238 0,19993 0,208623 nw 0,5285 0,389394 0,305952 0,222511 0,166883 0,111255 0,083442 0,055628 0,027814 V 21,171 24,99726 28,39038 32,94358 37,02045 41,89685 45,0505 48,68446 53,14831

II . Narysowano wykres zależności V w funkcji ułamka molowego alkoholu etylowego.

III. Opisano zależność V=f(xa) równaniem 2-giego stopnia: V=Ax2a+Bxa+C

Otrzymano: A= 4,4415 B=36,06 C=17,823

Po obliczeniu wartości otrzymano 2Axa+B=a.

Dla różnych wartości ułamka molowego alkoholu obliczono wyraz a dla każdego z roztworów. Wyraz b obliczono ze wzoru: b=Z-A*xa

All ri

ghts

rese

rved

Znajomość parametrów pozwoliła na obliczenie parametrów stycznej. Następnie z zależności między równaniem stycznej i otrzymano, że:

Wyniki przedstawiono w tabeli wyników: Va – cząstkowe objętości molowe wody Vb - cząstkowe molowe objętości alkoholu absolutnego

Nr.roztw woda 2 3 4 5 6 7 8 9 10 alk a 36,06 36,858 37,81126 38,58785 39,60505 40,47845 41,57921 42,24454 43,00942 43,89803 44,943 b 17,823 17,86 17,54288 17,40939 17,13788 16,88626 16,06272 15,63893 15,03696 14,41434 13,3815 Va 53,883 54,718 55,35414 55,99723 56,74293 57,36471 57,64193 57,88347 58,04639 58,31237 58,3245 Vw 17,823 17,86 17,54288 17,40939 17,13788 16,88626 16,06272 15,63893 15,03696 14,41434 13,3815

Dyskusja wyników

1. Podać podstawowe różnice pomiędzy metod graficzną wyznaczania cząstkowych objętości molowych, a metodą pozornej objętości. Obydwie metody opierają się na zależności BBAA VnVnV += . Jednak sposoby wyznaczania poszczególnych wartości różnią się od siebie głównie sposobem otrzymywania cząstkowych objętości molowych i to należałby uznać za pierwszą zasadnicza różnicę. Metoda pozornej objętości polega na wstawieniu w miejsce całkowitej objętości molowej substancji rozpuszczonej tzw. Pozornej objętości φ w celu otrzymania poprawnej całkowitej objętości roztworu. Metoda graficzna, jak sama nazwa wskazuje jest metodą geometryczną i polega na wyznaczeniu zależności V od xa (lub xb) (lub wykresu zależności ułamków wagowych od objętości właściwej). Po wykreśleniu w/w zależności kreśli się styczne do krzywych. Metoda graficzna jest szczególnie przydatna dla układów dwóch cieczy, które mieszają się w całym swym zakresie stężeń. 2. Porównać wyznaczone różnymi metodami wartości cząstkowych objętości molowych alkoholu etylowego i wody i ocenić dokładność tych metod Im krzywizna wykresu jest bardziej wypukła, tym łatwiej wykreślić styczną, a co za tym idzie tym łatwiej odczytać COM. Wyniki otrzymane tą metodą będą jednak obarczone błędami, których wielkość będzie oczywiście uzależniona od stopnia dokładności wykreślania stycznych. Wiadomo, iż oko ludzkie jest bardziej zawodne, aniżeli wartość liczbowa. Dlatego też uzyskując równanie krzywej, dla której obliczano wartość pochodnej w punkcie jesteśmy w stanie wyznaczyć o wiele dokładniej COM, aniżeli podczas tradycyjnego wykreślania stycznych. Obliczanie pochodnych do kilku miejsc po przecinku a kolejno parametrów prostych stycznych do danych punktów jest o wiele dokładniejszą i bardziej precyzyjną metodą wyznaczania cząstkowych objętości molowych.

NORBERT PIĄTEK

Wnioski

All ri

ghts

rese

rved

1. Każda z metod opiera się na równaniu, które ma postać: BBAA VnVnV += , lecz różnią się tym, że sposób, w jaki jest otrzymywana cząstkowa objętość molowa jest inna dla każdej z nich oraz dokładnością wyników. Metoda graficzna jest wykorzystywana do wyznaczania molowych objętości cząsteczkowych składników mieszanin ciekłych w całym zakresie stężeń, w której wykorzystuje się metodę graficzną gdzie należy wyznaczyć zależność V od xa (lub xb) oraz można również narysować wykres zależności ułamków wagowych do objętości właściwej. Poprzez odpowiednie przekształcenie wzoru V=Ax2

a+Bxa+C wyliczono parametry stycznej. A metoda pozornej objętości jest wykorzystywana do wyznaczania molowych objętości cząsteczkowych elektrolitów.

2. Styczną można łatwiej wykreślić, gdy jest bardziej wypukła. Jak podczas każdego

doświadczenia uzyskane wyniki mogą być w niewielkim stopniu różne ponieważ są obarczone błędami wynikającymi z przeprowadzenia doświadczenia. Dlatego dzięki równaniu kwadratowemu krzywej możemy wyznaczyć COM. Za pomocą komputera jest to bardziej dokładne niż gdyby to się odbywało tradycyjnymi metodami wykreślania stycznych. Jak wynika również z przeprowadzonego doświadczenia nasuwa się wniosek że wraz ze wzrostem stężenia alkoholu etylowego gęstość badanych roztworów maleje.

Wnioski wykonała: Radoń Dorota

All ri

ghts

rese

rved