آزمايشگاه شيمي فيزيك ـ تجزيه 65 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل :  word (..doc) ( قابل ويرايش و آماده پرينت )
تعداد صفحه : 73 صفحه

 قسمتی از متن word (..doc) : 
 

‏دستور كار آزمايشگاه شيمي فيزيك ـ تج‏ز‏ي‏ه ‏ ‏ ?‏ 1
‏آزمايش 1:
‏بررسي سيستم جامد و مايع و تحقيق در ايده‏‌‏آل بودن حلاليت نفتالين در بنزن
‏در بررسي تعادل سيستم‏‌‏هاي جامد ـ مايع كه در واقع در آن گازهاي جامد و مايع ‏در حال تعادل هستند، از نظر تئوري به يك سري روابط ترموديناميكي نياز است كه يكي بيان كننده پتانسيل شيميايي يك سازنده خالص به حالت مايع ‏يا پتانسيل شيميايي آن در محلول است و ديگري ارتباط حرارتي انرژي آزاد است و بر مبناي ‏آن روابط مول جزئي يك جسم خالص هنگامي كه با محلول خود در حال تعادل باشد، با دماي شروع انجماد در محلول مورد بررسي قرار مي‏‌‏گيرد. طبق روابط ترموديناميكي مي‏‌‏توان نوشت:
dE=dQ-dW
dQrev/T=dS dW=Pdv
dE=T.dS-PdV (1)
H=E+PV
(2) → dH=dE+PdV+VdP → dH=T.dS-PdV+PdV+VdP
dH=T.dS+VdP
G=H-TS
(2) → dG=dH-TdS → dG=TdS+VdP-TdS-SdT
dG=VdP-SdT (3)
‏با توجه به اينكه G‏ تابعي است كه ديفرانسيل آن كامل مي‏‌‏باشد، مي‏‌‏توان رابطه زير را نوشت:
dG=()TdP+()PdT
()T=V (4)
()S=-S (5)
‏چون آنتروپي هر ماده‏‌‏اي مثبت است، در اين صورت علامت منفي در رابطه (5) ‏نشان مي‏‌‏دهد كه افزايش حرارت در فشار ثابت باعث افزايش انرژي آزاد خواهد شد. ‏سرعت كاهش براي گازها كه نسبت به مايعات و جامدات داراي آنتروپي زياد مي‏‌‏باشند، بيشتر است.
‏طق معادله (4)، ‏افزايش فشار در درجه حرارت ثابت سبب افزايش ‏انرژي آزاد مي‏‌‏شود. انرژي آزاد ‏يك ماده خالص را مي‏‌‏توان ‏با انتگرال معادله (3) در درجه ‏حرارت ‏ثابت ‏و فشار يك اتمسفر براي هر فشار ديگري مانند P‏ بدست آورد.
‏دستور كار آزمايشگاه شيمي فيزيك ـ تج‏ز‏ي‏ه ‏ ‏ ?‏ 2
‏در نتيجه داريم:
dG=VdP
(6)
‏در اين رابطه، Go(T)‏ ‏عبارت است از انرژي آزاد ماده موردنظر ‏در شرايط متعارفي، يعني فشار يك اتمسفر كه به آن انرژي ‏آزاد استاندارد كه تابعي از درجه حرارت است، نيز مي‏‌‏گويند.‏ حال اگر ماده ‏موردنظر مايع ‏يا جامد باشد، مقدار حجم مستقل از فشار است و مي‏‌‏توان رابطه (6) را بصورت زير نوشت:
G(T,P)=Go(T)+V(P-1) (7)
‏چون حجم مايعات و جامدات كم است، رابطه (‏7) ‏بصورت زير در‏‌‏مي‏‌‏آيد:
G(T,P)=Go(T)
‏كه در واقع از وابستگي انرژي آزاد فشار صرف‏‌‏نظر شده است. مي‏‌‏دانيم كه حجم گازها در مقايسه با جامدات و مايعات به مقدار قابل توجهي بيشتر بوده و تا حدود زيادي به فشار‏ ‏بستگي دارد.‏ با استفاده از رابطه (6) ‏براي يك باز ايده‏‌‏آل داريم:
G=Go(T)+(nRT/P)dP
G/n=Go(T)/n)+(RT/P)dP
G/n=Go(T)/n+RT1n(P(atm)/1(atm)) (9)
‏با توجه به ‏اينكه پتانسيل شيميايي، (μ‏) برابر انرژي آزاد مولي، يعني G/n‏ است. از رابطه (9) نتيجه مي‏‌‏شود:
μV= μoV(T)+RTlnP (10)
‏اگر دو فاز مايع و بخار با هم ‏در حال تعادل باشند، بايد ‏پتانسيل شيميايي هر سازنده مانند A‏ در هر دو فاز مساوي باشد، يعني:
μA1= μBV (11)
‏با قرار دادن ‏رابطه (11) در رابطه (10)، خواهيم داشت:
μA1= μoAV(T)+RTLnPA (12)
‏اگر فاز مايع يك محلولي ايده‏‌‏آل باشد، طبق قانون رائول مي‏‌‏توان نوشت:
PA=PoA.XA (13)
‏كه‏ در اين رابطه PA‏ فشار بخار A, XA‏ مول جزئي در فاز مايع‏ است، از قرار دادن معادله ‏(13) در معادله (12) داريم:
‏دستور كار آزمايشگاه شيمي فيزيك ـ تج‏ز‏ي‏ه ‏ ‏ ?‏ 3
μA1= μoAV +RT1n(PAo.XA)= μoAV+RTlnPoA+RTlnXA (14)
‏كه در اين رابطه μoAV+RTlnPoA‏ ‏مقدار ثابت، حال اگر جزء مولي A‏ به سمت يك ميل كند، مجموع ‏فوق برابر پتانسيل شيميايي جنس A‏ به حالت مايع خالص است كه آن را با μA‏ ‏نشان مي‏‌‏دهيم. در اين صورت:
μAl=μoAl+RTlnXA (15)
‏در مورد ‏تعادل فازهاي جامد ـ مايع، كه موضوع مورد بحث در اين آزمايش است، چون شرايط تعادل بين فازهاي جامد A‏ خالص و محلولي كه شامل A‏ مي‏‌‏باشد، اين است ‏كه پتانسيل شيميايي در دو فاز جامد و مايع برابر باشد، يعني‏ μAl‏ ‏برابر باشد با μAS‏، ‏در نتيجه ‏رابطه كلي زير براي تعادل فازهاي جامد و مايع بدست مي‏‌‏آيد:
μAS=μoAl+RTlnXA → lnXA= μAS-μoAl/RT (16)
‏با قراردادن‏ ‏انرژي آزاد مولي به جاي پتانسيل شيميايي در رابطه (16):
lnXA= GAS-GoAl/RT
‏با توجه به رابطه G=H-TS‏ داريم:
-S=G-H/T
‏با قرار دادن ‏انرژي آزاد مولي بجاي پتانسيل شيميايي در رابطه (16):
lnXA= GAS-GoAl/RT
‏با توجه به رابطه G=H-TS‏ داريم:
-S=G.H/T
‏با مشتق‏‌‏گيري G‏ نسبت به T‏ خواهيم داشت:
‏اين رابطه را براي فازهاي جامد و مايع در حال تعادل مي‏‌‏توان به صورت زير بكارد. براي يك ماده A‏ در دو فاز مايع و جامد داريم:
‏با قرار دادن اين مقادير در مشتق رابطه انرژي آزاد داريم:
‏دستور كار آزمايشگاه شيمي فيزيك ـ تج‏ز‏ي‏ه ‏ ‏ ?‏ 4
‏از انتگرال‏‌‏گيري رابطه فوق داريم:
‏كه در آن XA‏ مول جزئي جسم A‏ در محلول ايده‏‌‏آل، ΔHf‏ ‏گرماي نهان ذوب ماده، R‏ ثابت گازها، To‏ درجه حرارت ماده خالص و T‏ درجه حرارت ‏انجماد ماده در محلول ايده‏‌‏آل است (بر حسب كلوين).
‏در اين آزمايش، به منظور برر‏سي ايده‏‌‏آل بودن حلاليت در بنزين بايد دو دياگرام تجربي و تئوري‏ ‏ا‏ز‏ تغييرات logxN‏ نسبت به 1/T‏ ‏رسم كرد ه و از موازي بودن و نز‏ديك بودن دو منحني تجربي و تئوري، ايده‏‌‏آل بودن محلول را مي‏‌‏توان تحقيق‏ نمود.
‏روش كار:
‏ابتدا مقدار 5 گرم ‏نفتالين را به دقت وزن كرده و در يك محلول آزمايش تميز و خشك بريزيد. توسط يك پي‏‌‏پت مدرج ‏2 ميلي‏‌‏ليتر بنزن به محتوي داخل لوله آزمايش بريزيد (براي برداشت بنزن به هيچ‏‌‏وجه ‏پي‏‌‏پت را نمكيد‏). سپس لوله آزمايش را داخل ‏بشر آب گرم قرار داده ‏و با يك دماسنج ‏(0-100oC‏) ‏محتوي آن را به هم بزنيد تا تمام نفتالين ذوب شده و يك محلول كدر ش‏ود (ذرات جامد نفتالين ظاهر شود). در اين حال درجه كدر شدن (درجه حرارت اشباع محلول 5 گرم نفتالين در 2 ميلي‏‌‏ليتر بنزن) ‏يادداشت كنيد (t1‏) ‏مجدداً به محتوي لوله آزمايش توسط پي‏‌‏پت مدرج 1 ميلي‏‌‏ليتر بنزن اضافه كنيد.
‏لوله آزمايش را داخل بشر آب گرم قرار داده، محلول را به هم بزنيد تا كاملاً شفاف شود. سپس لوله آزمايش را از داخل بشر بيرون آورده، به هم زده، به محض كدرشدن ‏محلول، درجه حرارت ‏كدورات را يادداشت كنيد (t2‏)‏ (درجه حرارت اشباع محلول 5 گرم نفتالين در 3 ميلي‏‌‏ليتر بنزن) ‏تجربه سوم را مثل ‏دو تجزيه ديگر به ازاي افزايش 1 ميلي‏‌‏ليتر بنزن انجام دهيد و درجه حرارت اشباع محلول 5 گرم ‏نفتالين را در 4 ميلي‏‌‏ليتر بنزن يادداشت كنيد (t3‏). تجربه‏‌‏هاي 4.5.6.7 را مانند تجربه‏‌‏هاي قبل هر بار به ازاي افزايش 1 ميلي‏‌‏ليتر بنزن ‏انجام دهيد و درجه حرارت كدورات را در هر تجربه بدست آوريد.