Додати в закладки
Переклад
Translate
 Вхід в УЧАН Анонімний форум з обміну зображеннями і жартами. |
|
|
Скачати одним файлом. Книга: ПЕРЕДМОВА
ІІІ. АГРЕГАТНИЙ СТАН РЕЧОВИН
1. ВИЗНАЧЕННЯ МАСИ МОЛЯ РЕЧОВИНИ ВИМІРЮВАННЯМ ЇЇ ОБ’ЄМУ В ГАЗОПОДІБНОМУ СТАНІ
Для роботи необхідно: прилад для випаровування речовини і замірю-
вання об’єму пари даної речовини; аналітичні терези; плитка електрична; ампули, що заповнюються досліджуваною речовиною; термометр кімнат-
ний; барометр – анероїд.
Метод визначення густини пари і молекулярного об’єму речовини в па-роподібному стані при нормальних умовах, тобто при 273 К і 1,013×105 Па, ґрунтується на застосуванні газових законів для твердих і рідких речовин, переведених у газоподібний стан.
Для знаходження густини пари по вищезгаданому методу визначають об’єм відомої маси речовини, переведеної в газоподібний стан.
Знаючи масу пари, яка при температурі Т і тиску Р займає об’єм V, можна вирахувати густину do. Для цього виміряний об’єм приводять до нормальних умов, користуючись рівнянням Клапейрона:
|
|
|
|
,звідки
.
При нормальних умовах одержують густину пари:
,
де g – наважка речовини, кг.
Т,V,Р – температура, об’єм і тиск пари речовини в умовах досліду.
Користуючись рівнянням Менделєєва – Клапейрона, можна вираху-
вати молекулярну вагу речовини
.
По молекулярній вазі речовини і густині його пари при нормальних умовах обчислюють молекулярний об’єм речовини в пароподібному стані за формулою
.
Точність розглянутого методу не перевищує 1%, так як при розрахунках користуються газовими законами, справедливими лише для ідеальних газів.
Досліджувані пари значно відхиляються від цих законів при темпе-
ратурах, близьких до точок кипіння досліджуваних речовин.
Суть методу полягає в наступному.
Точно відважену кількість речовини (не більше 0,1–0,2 г) випаро-
вують в особливому приладі при температурі, що не менше ніж на 293 К перевищує її температуру кипіння. Пари досліджуваної речовини витіс-
няють з приладу в газовимірювальну бюретку об’єм повітря V, рівний об’є-му парів досліджуваної речовини. Даний об’єм знаходиться під тиском Р і кімнатній температурі Т.
Таким чином, експериментально визначають не об’єм пари дослід-
жуваної речовини, а рівний йому об’єм повітря, витісненого цими парами з приладу, причому вимірювання об’єму проводять при кімнатній темпера-
турі і під атмосферним тиском.
Прилад для визначення молекулярної маси схематично зображений на ри-сунку 1. Він уявляє собою циліндричний посуд 1, до якого припаяна трубка 2. До верх-ньої частини приладу припаяний відросток, кінець трубки під час досліду закривається гумовим корком 6. Посуд занурюється в металічну баню 3, заповнену водою в такій кількості, щоб його розширена частина була у воді. Воду нагрівають до кипіння для обігріву розширеної частини посуду.
Якщо точка кипіння досліджуваної речовини вища 353 К, то воду замі-
нюють висококиплячою речовиною. Га-
зовимірювальна бюретка 4 за допомо-
гою гумової трубки з’єднується одним кінцем з приладом, другим – із зрів-
нювальною склянкою 5.
Перед початком роботи вклю-
чають електроплитку для нагрівання водяної бані.
Робота починається з очистки посу-
ду від речовини, яка досліджувалась раніше, і продуванням його повітрям.
У чергового лаборанта одержують
три ампули, які зважують з точністю до 0,0001 г і повертають для заповнення їх досліджуваною речовиною. Заповнені ампули знову зважують з поперед-
ньою точністю. Різниця у масі заповненої і порожньої ампули дає масу взятої для досліду речовини.
Після інтенсивного кипіння води протягом деякого часу ампули мож-
на опустити в прилад, попередньо встановивши за допомогою зрівню-
вальної склянки 5 рівень води в газовимірювальній бюретці на нулеві.
Відломивши частину капіляру, ампулу головкою вниз кидають через верхній отвір приладу разом з відламаною частиною. При цьому швидко і старанно закривають отвір гумовим корком.
Речовина, що містилася в ампулі, випаровується. Пара витісняє з посуду 1 в газовимірювальну бюретку 4 об’єм повітря, рівний об’єму утвореної пари досліджуваної речовини. В результаті цього рівень води в бюретці понижується. Коли об’єм повітря в бюретці перестає змінюватися, що вказує на кінець випаровування, встановлюють рівні в бюретці і в зрівнюваній склянці точно по одній висоті. Відраховують об’єм витісне-
ного повітря, який відповідає об’єму речовини, переведеної в пару.
Відмічають температуру по кімнатному термометру і атмосферний тиск по барометру, що знаходиться в даній лабораторії.
Закінчивши один дослід, приступають до другого, третього. З одержа-
них даних знаходять середнє значення. Перед кожним дослідом проду-
вають прилад повітрям і очищають від уламків ампул, не припиняючи нагрівання водяної бані. Як вказано вище, густина пари при нормальних умовах дорівнює
.
Повітря, яке знаходиться в бюретці над водою, насичується парами води. Вимірюваний атмосферний тиск Н урівноважується сумою парціаль-
ного тиску Р повітря, витісненого в бюретку, та пружності парів води, які насичують простір при температурі досліду:
.
Повітря, що міститься в приладі, це кімнатне повітря, відносна вологість якого в лабораторних умовах коливається в межах 50%. Для свого насичення воно потребує тільки половину максимальної кількості води і, отже, створений ним парціальний тиск буде дорівнювати h/2.
Таким чином, витіснене в бюретку напіввологе повітря, займаючи весь об’єм V при кімнатній температурі Т, має тиск
.
де h береться з таблиці, що подається в кінці опису.
Підставляючи значення тиску у вираз для густини пари, одержуємо:
.
З рівняння
, де 
розраховують молекулярну масу речовини. Знаючи do і молекулярну масу речовини, визначають молекулярний об’єм досліджуваної речовини в газоподібному стані
.
Коефіцієнти при змінних величинах g і V
і 
будуть однакові для всіх трьох вимірів і тому рекомендується, знаючи умови досліду, попередньо підрахувати значення цих коефіцієнтів і корис-
туватися ними при розрахунках густини і молекулярної маси.
Дослідні і розрахункові дані заносяться в табл. 1.
Таблиця 1
|
№ п/п |
Вага порожньої ампули,10-3кг |
Вага ампули з рідиною, 10-3кг |
Наважка рідини, 10-3кг |
Об’єм, 10-6м3 |
Темпера-тура,К |
Тиск по барометру, 1,0133·105Па |
Пружність парів води |
Тиск, 1,0133·105Па |
Густина, кг/м3 |
Мол. маса, кг/кмоль |
Мол. об’єм, 10-6м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пружність парів води в залежності від температури наведено в табл. 2.
Таблиця 2
|
Т, К |
h |
Т, К |
h |
|
287,0 |
11,987 |
292,5 |
16,99 |
|
287,5 |
12,382 |
293,0 |
17,535 |
|
288,0 |
12,783 |
293,5 |
18,085 |
|
288,5 |
13,205 |
294,0 |
18,650 |
|
289,0 |
13,634 |
294,5 |
19,231 |
|
289,5 |
14,076 |
295,0 |
19,827 |
|
290,0 |
14,530 |
295,5 |
20,440 |
|
290,5 |
14,997 |
296,0 |
21,068 |
|
291,0 |
15,477 |
296,5 |
21,714 |
|
291,5 |
15,971 |
297,0 |
22,377 |
|
292,0 |
16,477 |
298,0 |
23,765 |
Для роботи необхідно: суміші компонентів етиловий спирт – вода: 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100%; чисті компоненти: вода, етиловий спирт; віскозиметр; піпетка на 5–10 мл; секундомір.
Даний метод визначення в’язкості ґрунтується на застосуванні фор-
мули, що виражає закон Пуазейля
, звідки 
,
де Q – об’єм рідини, що протікає за час t через капілярну трубку радіусом r і довжиною l;
P – тиск, при якому витікає рідина;
h – коефіцієнт внутрішнього тертя.
Безпосереднє визначення абсолютного коефіцієнту внутрішнього тер-
тя вимагає точного визначення всіх величин, які входять у формулу. Тому на практиці визначається не абсолютна величина h, а її відношення до h
для такого ж об’єму води, що протікає при аналогічних умовах за час t. При витіканні різних рідин з одного і того ж капіляру тиск P буде величиною змінною, так як він в кожний момент рівний тиску стовпчика рідини, який ще не витік. Але закон зміни цього тиску з висотою для обох рідин буде один і той же.
Тому можна записати:
,
де P, P – тиск рідини, що витікає, і води при однакових висотах їх в капілярі.
Оскільки тиск однакових стовпчиків двох рідин пропорційний їх густинам
,
то можна записати:
,
звідки
.
Користуючись цією формулою і підставляючи значення в Пуазах, можна визначити h витікаючої рідини. При 293 К h= 0,01 П або в системі СІ [h] = Н×с/м2.
|
|
Нехай умовно h при кімнатних умовах дорівнює 1. Густина води також приймається рівною 1. Значення густини суміші етиловий спирт–вода наведені в табл. 2.
Практична частина роботи зводиться до визначення часу витікання досліджу-ваної речовини і води.
Для визначення часу витікання рідини використовується віскозиметр, зображений на рисунку.
Він представляє собою з’єднані скляні трубки 1 і 2. Трубка 1
має розширення 3, що переходить у капіляр 4. Вище і нижче роз-ширення, зверху і знизу, є мітки 5 і 6 відпо-
відно.
У віскозиметр через трубку 2 нали-
вають піпеткою завжди один і той самий об’єм рідини. За допомогою гумової труб-
ки, сполученої з трубкою 1, витягують рідину через капіляр вище мітки 5. Час t, необхідний для пониження рівня рідини від мітки 5 до мітки 6, ви-
мірюють секундоміром. Таке вимірювання повторюють три рази і беруть середнє значення. Так само визначають час витікання води.
Будують графік у координатах в’язкість – концентрація.
Результати дослідів записують у табл. 1.
Таблиця 1
|
Назва суміші і чистих компонентів |
Густина, кг/м3 |
Час виті-кання, с |
Середнє значення часу витікання, с |
Значення в’язкості, Н×с/м2 |
|
|
|
|
|
|
Таблиця 2
|
% вміст спирту |
Густина, r, кг/м3 |
|
0 |
1000 |
|
10 |
989,6 |
|
20 |
978,2 |
|
30 |
965,5 |
|
40 |
951,5 |
|
50 |
934,3 |
|
60 |
912,6 |
|
70 |
887,1 |
|
80 |
858,2 |
|
90 |
826,0 |
|
100 |
791,0 |
|
Н2О |
1000,0 |
ЗМІСТ
На попередню
|
|
