(l) B. A(l) + B(l) (s) B. B(s)

Samankaltaiset tiedostot
KEMS448 Fysikaalisen kemian syventävät harjoitustyöt

Teddy 7. harjoituksen malliratkaisu syksy 2011

Gibbsin energia ja kemiallinen potentiaali määräävät seosten käyttäytymisen

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2016

Kemian koe kurssi KE5 Reaktiot ja tasapaino koe

REAKTIOT JA ENERGIA, KE3 Ekso- ja endotermiset reaktiot sekä entalpian muutos

Valitse seuraavista joko tehtävä 1 tai 2

Seoksen pitoisuuslaskuja

Tehtävä 1. Avaruussukkulan kiihdytysvaiheen kiinteänä polttoaineena käytetään ammonium- perkloraatin ja alumiinin seosta.

1. van der Waalsin tilanyhtälö: 2 V m RT. + b2. ja C = b2. Kun T = 273 K niin B = cm 3 /mol ja C = 1200 cm 6 mol 2

Faasipiirrokset, osa 2 Binääristen piirrosten tulkinta

kuonasula metallisula Avoin Suljettu Eristetty S / Korkealämpötilakemia Termodynamiikan peruskäsitteitä

Eksimeerin muodostuminen

Helsingin yliopisto/tampereen yliopisto Henkilötunnus - Molekyylibiotieteet/Bioteknologia Etunimet valintakoe Tehtävä 3 Pisteet / 30

luku 1.notebook Luku 1 Mooli, ainemäärä ja konsentraatio

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

Ohjeellinen pituus: 2 3 sivua. Vastaa joko tehtävään 2 tai 3

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

Luku 13 KAASUSEOKSET

5 LIUOKSEN PITOISUUS Lisätehtävät

Palautus yhtenä tiedostona PDF-muodossa viimeistään torstaina

MOOLIMASSA. Vedyllä on yksi atomi, joten Vedyn moolimassa M(H) = 1* g/mol = g/mol. ATOMIMASSAT TAULUKKO

Tässä luvussa keskitytään faasimuutosten termodynaamiseen kuvaukseen

c) Nimeä kaksi alkuainetta, jotka kuuluvat jaksollisessa järjestelmässä samaan ryhmään kalsiumin kanssa.

Aineopintojen laboratoriotyöt 1. Veden ominaislämpökapasiteetti

= P 0 (V 2 V 1 ) + nrt 0. nrt 0 ln V ]

Tärkeitä tasapainopisteitä

= 1 kg J kg 1 1 kg 8, J mol 1 K 1 373,15 K kg mol 1 1 kg Pa

Chem-C2400 Luento 3: Faasidiagrammit Ville Jokinen

Astrokemia Kevät 2011 Harjoitus 1, Massavaikutuksen laki, Ratkaisut

Sähkökemian perusteita, osa 1

Osio 1. Laskutehtävät

Liukeneminen

LUKU 16 KEMIALLINEN JA FAASITASAPAINO


Faasi: Aineen tila, jonka kemiallinen koostumus ja fysikaalinen ominaisuudet ovat homogeeniset koko näytteessä. P = näytteen faasien lukumäärä.

Liukoisuus

KE5 Kurssikoe Kastellin lukio 2012 Valitse kuusi (6) tehtävää. Piirrä pisteytystaulukko.

COLAJUOMAN HAPPAMUUS

Luku 5. Yksinkertaiset seokset

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

CHEM-C2230 Pintakemia. Työ 2: Etikkahapon adsorptio aktiivihiileen. Työohje

Seokset ja liuokset. 1. Seostyypit 2. Aineen liukoisuus 3. Pitoisuuden yksiköt ja mittaaminen

. Veden entropiamuutos lasketaan isobaariselle prosessille yhtälöstä

KE4, KPL. 3 muistiinpanot. Keuruun yläkoulu, Joonas Soininen

Erilaisia entalpian muutoksia

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

ln2, missä ν = 1mol. ja lopuksi kaasun saama lämpömäärä I pääsäännön perusteella.

VESI JA VESILIUOKSET

Kuva 1. Ohmin lain kytkentäkaavio. DC; 0 6 V.

Teddy 2. välikoe kevät 2008

Korkealämpötilakemia

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

KERTAUS KERTAUSTEHTÄVIÄ K1. P( 1) = 3 ( 1) + 2 ( 1) ( 1) 3 = = 4

COLAJUOMAN HAPPAMUUS

Standarditilat. Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2016 Teema 2 - Luento 2. Tutustua standarditiloihin

Korkealämpötilakemia

FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti

LÄÄKETEHTAAN UUMENISSA

m h = Q l h 8380 J = J kg 1 0, kg Muodostuneen höyryn osuus alkuperäisestä vesimäärästä on m h m 0,200 kg = 0,

Fysiikan, kemian ja matematiikan kilpailu lukiolaisille

Heikot sidokset voimakkuusjärjestyksessä: -Sidos poolinen, kun el.neg.ero on 0,5-1,7. -Poolisuus merkitään osittaisvarauksilla

L7 Kaasun adsorptio kiinteän aineen pinnalle

vetyteknologia Polttokennon termodynamiikkaa 1 DEE Risto Mikkonen

Kemiallinen tasapaino 3: Puskuriliuokset Liukoisuustulo. Luento 8 CHEM-A1250

Lämpöoppi. Termodynaaminen systeemi. Tilanmuuttujat (suureet) Eristetty systeemi. Suljettu systeemi. Avoin systeemi.

Työ 1: ph-indikaattorin tasapainovakion arvon määrittäminen spektrofotometrisesti

Oppikirjan tehtävien ratkaisut

Ainemäärien suhteista laskujen kautta aineiden määriin

Biomolekyylit ja biomeerit

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

JÄÄTYMISPISTEEN ALENEMA Johdanto. 2 Termodynaaminen tausta

Sarake 1 Sarake 2 Sarake 3 Sarake 4. Vahvistumisen jälkeen tavaran hinta on 70. Uusi tilavuus on

TKK, TTY, LTY, OY, TY, VY, ÅA / Insinööriosastot Valintakuulustelujen kemian koe

P = kv. (a) Kaasun lämpötila saadaan ideaalikaasun tilanyhtälön avulla, PV = nrt

L7 Kaasun adsorptio kiinteän aineen pinnalle

Kemiaa tekemällä välineitä ja työmenetelmiä

Luku 3. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

Luku 5: Diffuusio kiinteissä aineissa

KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 VESI

KALIUMPERMANGANAATIN KULUTUS

Reaktiot ja tasapaino

KE5 Kurssikoe Kastellin lukio 2014

Termodynaamisten tasapainotarkastelujen tulokset esitetään usein kuvaajina, joissa:

Neutraloituminen = suolan muodostus

1. a) Selitä kemian käsitteet lyhyesti muutamalla sanalla ja/tai piirrä kuva ja/tai kirjoita kaava/symboli.

Puhtaat aineet ja seokset

Törmäysteoria. Törmäysteorian mukaan kemiallinen reaktio tapahtuu, jos reagoivat hiukkaset törmäävät toisiinsa

KALKINPOISTOAINEET JA IHOMME

Molaariset ominaislämpökapasiteetit

782630S Pintakemia I, 3 op

joka voidaan määrittää esim. värinmuutosta seuraamalla tai lukemalla

2CHEM-A1210 Kemiallinen reaktio Kevät 2017 Laskuharjoitus 7.

Lämpö- eli termokemiaa

Reaktiot ja tasapaino

vi) Oheinen käyrä kuvaa reaktiosysteemin energian muutosta reaktion (1) etenemisen funktiona.

SAIPPUALIUOKSEN SÄHKÖKEMIA JOHDANTO

KEMA KEMIALLINEN TASAPAINO ATKINS LUKU 7

Työ 1: ph-indikaattorin tasapainovakion arvon määrittäminen spektrofotometrisesti

Transkriptio:

FYSIKAALISEN KEMIAN LAUDATUTYÖ N:o 3 LIUKOISUUDEN IIPPUVUUS LÄMPÖTILASTA 6. 11. 1998 (HJ) A(l) + B(l) µ (l) B == B(s) µ (s) B

FYSIKAALISEN KEMIAN LAUDATUTYÖ N:o 3 1. TEOIAA Kyllästetty liuos LIUKOISUUDEN IIPPUVUUS LÄMPÖTILASTA Kyllästetyssä liuoksessa kiinteä aine on tasapainossa liuenneen aineen kanssa. Merkitään kiinteää ainetta B(s), missä s tulee sanasta solidus ja liuennutta ainetta B(l), missä l = liquidus. Dynaamisessa tasapainossa molekyylejä siirtyy kiinteästä faasista nestefaasiin samalla nopeudella kuin nestefaasista saostuu molekyyejä kiinteäksi faasiksi. B(s) *) B(l): (1) Ajattelemme, mitä tapahtuu kun kiinteä aine liukenee. Sen kidehilan täytyy purkautua ja tähän tarvitaan energiaa. Otamme käsitteen ideaaliliukeneminen, jonka ymmärrämme samaksi kuin sulaminen. Siten ideaaliliukenemisessa ei tarkastella muuta kuin sulamisenergiaa eli molekyylien irroittamiseen kiderakenteesta tarvittavaa energiaa. Ideaaliliukoisuus ja liukoisuus Ideaaliliukoisuuden yhtälö on ln x B = mh m T 1 T Λ ; (2) missä mh m on sulamisprosessissa tarvittava moolientalpia (jota voidaan kutsua differentiaaliseksi liukenemislämmöksi), T Λ aineen B sulamispiste ja T on lämpötila missä liukoisuus mitataan. Tästä yhtälöstä voidaan laskea ideaaliliukoisuus ln x B. Aineen B liukoisuus vähenee eksponenttiaalisesti kun lämpötilaa alennetaan sen sulamispisteestä. Yhtälöstä (2) voidaan myös saada käyttökelpoinen kun verrataan kahta eri lämpötilaa T ja T 0 sekä mooliosuuksia x B ja x 0 B vähentämällä nämä kaksi yhtälön (2) muotoista yhtälöä toisistaan ln x B x 0 B = mh m;b T 1 T 0 ; (3); missä moolientalpia on täsmennetty aineen B liukenemisesta johtuvaksi. Yhtälö (2) voidaan esittää myös differentiaalimuodossa ja käyttäen mooliosuuden x asemesta molaalisuutta m S ; missä S tarkoittaa mooliosuutta kyllästetyssä liuoksessa d ln m mh m;b S = d 2 T ; (4)

1 Siten piirtämällä ln m S :n funktiona saadaan lämpötilaa T vastaava differentiaalinen liukenemislämpö määritettyä kulmakertoimesta T mhm : Liukoisuus ilmoitetaan tavallisesti painomoolisuutena eli molaalisuutena (m) mooliosuuden asemesta, myös joskus grammoina 100 g kohti liuotinta. Koska kemialliset potentiaalit reaalisissa tapauksissa riippuvat aktiivisuuksista, niin poikkeamia ideaalisuudesta on odotettavissa. 1 Ideaaliliukoisuuden muutos lampotilan muuttuessa eri kayrat saatu erilaisilla sulamisentalpioilla pieni entalpia Liukoisuus x2 0.5 suuri 0 0 0.5 1 T/T* Partiaaliset moolisuureet ja liukenemislämmöt Partiaaliset moolisuureet, kuten kemiallinen potentiaali, ovat intensiivisuureita. Erään partiaalisen moolisuureen Y m arvomuodostuu komponenttien n i Y mi summasta. Gibbs- Duhemin yhtälö kertoo, P että komponenttien partiaaliset suureet eivät ole toisistaan riippumattomia, vaan i dy m i = 0: Seuraavaa terminologiaa käytetään liuos entalpioiden yhteydessä. Sekoitusentalpiaa jaettuna ainemäärällä H mix kutsutaan integraaliseksi liukenemislämmöksi. Integraalinen liukenemislämpö on lämpösisällön n B kokonaismuutos kun mooli puhdasta ainetta liuotetaan isotermisesti n mooliin puhdasta liuotinta syntyvässä loppukonsentraatiossa. Differentiaalinen liukenemislämpö 3

määritellään ψ @ Hmix H diff;b = H m;b H Λ m;b = ; @n B!T;p;nA missä entalpiaerotus sekoitusprosessille on (H m;b H Λ m;b )dn B: Differentiaalinen liukenemislämpö ilmoittaa lämpösisällön muutoksen kun mooli ainetta liuotetaan niin suureen määrään liuosta, ettei konsentraatio lisäyksen johdosta muutu. 2. TYÖN SUOITUS Työssä määritetään meripihkahapon (CH 2 COOH) 2 liukoisuuskäyrä välillä 313 K - 273 K ja sen differentiaalinen liukenemislämpö standarditilassa. Olennaista kokeen onnistumiselle on, että mitattava systeemi on aina kyllästetyssä tilassa. Se merkitsee sitä, että jokaisessa lämpötilassa on dynaaminen tasapaino ja että aina on läsnä kumpaakin faasia sekä liuosta että kiinteää ainetta, muuten liukoisuus ei noudata logaritmistä funktiota. Myös sen vuoksi aloitat kokeen temperoimalla kyllästettyä liuosta 333 K ja lisäät tarpeen mukaan kiinteätä meripihkahappoa systeemiin. Viisi kaksoismittausta suoritetaan alkaen 313 K lämpötilasta alaspäin noin kymmenen asteen välein. Tarkka lämpötila otetaan ±0:1 asteen tarkkuudella. Kun määrität liukoisuutta 273 K lämpötilassa älä temperoi isossa altaassa vaan ota pienempi astia, esim. alumiinikattila, johon panet jäät. Otetaan näyte (10 ml) kussakin lämpötilassa temperoituneesta liuoksesta 10 ml (1 ml = 1 cm 3 ) pipetillä, joka on lämmitetty lämpökaapissa hiukan mittauslämpötilaa korkeammassa lämpötilassa. Näyte lasketaan heti pipetistä taarattuun 100 ml erlenmayeriin ja näyteen massa punnitaan. Näyte titrataan samassa erlenmayerissa käyttäen 0.5 M NaOH emäksenä ja fenoliflaleiiniä indikaattorina. Kussakin lämpötilassa tehdään kaksi määritystä virheen saamiseksi. Mittauspöytäkirjassa ilmoitetaan NaOH liuoksen tarkistettu konsentraatio ja tarkistustapa sekä tarkat lämpötilat, punnitus- ja titraustulokset. 4

3. TULOSTEN KÄSITTELY Tulokset esitetään taulukon muodossa rinnakkaisnäytteet alekkain: näyte T=K 1 T 10 3 liuoksen massa / g kulutus NAOH/ml hapon massa g/10 ml 1 313.2 3.193 10.34 57.9 1.645 2 10.29 56.2 1.597 1 jne..... 2..... Λ taulukko jatkuu näyte veden massa kg/ 10 ml hapon ja veden massasuhde g/kg m S m S ln m S 1 0.008690 189.346 1.603 1.605 0.4731 2 0.008689 189.808 1.607 1 jne..... 2..... NaOH liuoksen tarkistus lasku ja ensimmäisestä näytteestä yksityiskohtaiset laskut näkyviin. Kirjoita myös neutraloitumisreaktio ja laske hapon konsentraatio. 1 Piirretään ln m S funktiona ja määritetään kulmakerroin. Piirretään virhesuorat, T joista saadaan virherajat. Näistä edelleen mh m;b ja sen virhe. Piirretään hapon ja veden massasuhde g/kg m S lämpötilan funktiona ja määritetään kuvaajasta meripihkahapon liukoisuus standarditilassa 298 K g/kg H 2 O ja verrataan kirjallisuusarvoon. 4. SYVENTÄVIÄ KYSYMYKSIÄ 1. Mitä tapahtuu kiinteän aineen liuetessa? 2. Mikä ero on differentiaalisella ja integraalisella liukenemislämöllä? 3. Arvioi kuinka paljon virhettä johtuu siitä ettei tehollista konsentraatiota eli aktiivisuutta käytetty funktion piirtämisessä. 4. Perustele miksi metodi sopii suhteellisen niukkaliukoiselle yhdisteelle muttei suoloille. 5. Mistä johtuu joidenkin aineiden liukoisuuden suuret muutokset lämpötilan muuttuessa? 6. Mieti kuinka kaasu liukenee nesteeseen eri lämpötiloissa 5