Интегральная теплота растворения в чем измеряется

Теплота растворения

Калориметрическими методами экспериментально определяется и такая важная величина, как теплота растворения. Она имеет особое значение для фармации, так как приготовление жидких лекарственных форм связано с растворением, главным образом, твёрдых (порошкообразных) лекарственных веществ, а, следовательно, и с тепловым эффектом, возникающим при этом и достигающим иногда значительных величин.

Различают интегральную и дифференциальную теплоту растворения. Теплота растворения 1 моля вещества с образованием т. н. бесконечно разбавленного раствора называется интегральной теплотой растворения. Интегральная теплота растворения зависит от соотношения количеств растворяемого вещества и растворителя и, следовательно, от концентрации образующегося раствора. Тепловой эффект при растворении 1 моля вещества в очень большом количестве уже имеющегося раствора этого же вещества некоторой концентрации (приводящем к бесконечно малому увеличению концентрации) называется дифференциальной теплотой растворения:

Поэтому знак суммарного теплового эффекта при растворении зависит от того, какое из его слагаемых больше по абсолютной величине.

Если известна энтальпия разрушения кристаллической решетки соли, то, измеряя теплоту растворения, можно вычислять энтальпию её сольватации. С другой стороны, измеряя теплоту растворения кристаллогидрата (т. е. гидратиро­ван­ной соли), можно с достаточной точностью вычислить энтальпию разрушения (прочность) кристаллической решётки.

Теплота растворения хлорида калия, равная +17,577 кДж/моль при концентрации 0,278 моль/л и 25 о С, предложена в качестве термохимического стандарта для проверки работы калориметров.

Температурная зависимость теплот растворения, как и тепловых эффектов химических реакций, подчиняется уравнению Кирхгоффа.

Когда растворяемое вещество и растворитель химически подобны и при растворении не возникает осложнений, связанных с ионизацией или сольватацией, теплоту растворения можно считать приблизительно равной теплоте плавления растворяемого вещества. В основном это относится к растворению органических веществ в неполярных растворителях.

Источник

Определение интегральной теплоты растворения соли

Задачу калориметрии составляет измерение количества тепла, выделяющегося или поглощающегося при различных физико-химических процессах. Но теплота процесса не всегда является характеристикой для данного процесса, т.к., согласно первому закону термодинамики, она зависит не только от начального и конечного состояния системы, но и от пути перехода системы из одного состояния системы в другое.

Если ограничиться такими процессами, при которых единственным видом работы может быть работа против внешнего давления, то теплота процесса будет характерной величиной процесса при двух условиях: для изохорических процессов, где тепловой эффект равен изменению внутренней энергии:

Для изобарных процессов, где тепловой эффект равен убыли энтальпии системы:

При растворении в воде наблюдается либо поглощение, либо выделение тепла. Изучением тепловых процессов, сопровождающихся изменением состояния системы, занимается термохимия. По закону Гесса тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния реагирующих веществ и не зависит от пути перехода от одного состояния к другому.

Пользуясь этим законом можно рассчитать тепловой эффект процесса там, где невозможно произвести точное прямое измерение.

При растворении вещества в воде протекают одновременно следующие процессы:

1. Разрушение кристаллической решетки вещества. При этом происходит поглощение тепла в количестве равном Q кристаллической решетки.

2. Гидратация ионов, сопровождаемая выделением опреде ленного количества тепла, равного Q гидратации. Теплота растворения соли равна алгебраической сумме тепловых эффектов этих процессов:

Вещества, обладающие прочной кристаллической решеткой и слабо гидратирующиеся в растворе, будут растворяться с поглощением тепла. Вещества с непрочной кристаллической решеткой или образующие в растворе сильно гидратированные ионы, например ионы водорода или гидроксила, будут растворяться с выделением тепла.

Теплота растворения, помимо природы растворенного вещества и растворителя, зависит от температуры растворителя и концентрации полученного раствора.

Различают интегральную и дифференциальную теплоты растворения.

Интегральная теплота растворения – это тепловой эффект растворения одного грамма (удельная) и одного моля (мольная) вещества в определенном количестве растворителя, при данной температуре.

Дифференциальная или парциальная теплота растворения – это тепловой эффект, сопровождающий процесс растворения одного моля или одного грамма вещества в настолько большом количестве растворителя определенной концентрации, что изменение ее, вызванное растворением этого количества вещества, можно считать равным нулю.

Интегральные теплоты растворения находятся экспериментально, а дифференциальные – методом расчета.

Дата добавления: 2015-02-16 ; просмотров: 3265 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

ТЕРМОХИМИЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ РАСТВОРЕНИЕ СОЛЕЙ В ВОДЕ

Измерение интегральной теплоты растворения соли в воде.

Задача: Измерить интегральную теплоту растворения солей (Na₂CO₃∙10H₂O, ZnSO₄∙7H₂O, Na₂CO_3, ZnSO₄) в воде.

Посуда и оборудование:

1- калориметрический стакан;

1. Наполняют калориметрический стакан взвешенным количеством дистиллированной воды.

3. Включают мешалку, погружают термометр в воду, налитую в калориметрический стакан. После установления постоянной температуры проводят 10 измерений через каждые 30 с. При одиннадцатом измерении быстро высыпают соль в воду через предварительно взвешенную воронку (по разности масс воронки после опыта и до опыта можно рассчитать массу соли, оставшейся при внесении соли в калориметр, и учесть ее при вычислении точной массы соли, растворенной в калориметрической жидкости).

4. Наблюдают за изменением температуры, вызванным процессом растворения. После установления постоянной температуры проводят еще 10 измерений через каждые 30 с.

Относительную ошибку измерения рассчитывают по формуле :

Табличные данные для интегральных теплот растворения солей, образующих кристаллогидраты, приведены в таблице 2 для температуры 25 °C. [4].

Таблица 2. Литературные данные по интегральной теплоте растворения

Источник

Теоретическая часть

Тепловым эффектом химической реакции или какого-либо процесса называется количество теплоты, выделенной или поглощенной системой при отсутствии полезной работы и при одинаковой температуре исходных и конечных веществ. Тепловой эффект реакции зависит от агрегатного состояния и кристаллической модификации реагирующих веществ.

Химические реакции обычно протекают при постоянном давлении (открытая колба) или при постоянном давлении (в автоклаве), то есть являются соответственно изобарными (V=const) или изохорными (Р=const) процессами.

Процессы, сопровождающиеся выделением теплоты, называются экзотермическими а процессы, при которых теплота поглощается, называются эндотермическими.

В термохимических расчетах используют термохимические уравнения. В них указывают тепловой эффект реакции, фазовое состояние и полиморфную модификацию реагирующих и образующихся веществ. (г-газовое; ж-жидкое; к-кристаллическое, т-твердое; р-растворенное и др.). Например:

Термохимические расчеты проводят, используя энтальпии (теплоты) образования веществ. Под энтальпией образования понимают тепловой эффект реакции образования 1 моль вещества их простых. Обычно используют стандартные энтальпии образования (ΔΗ°_{обр. 298} или ΔΗ°_{f, 298}). Стандартные энтальпии образования простых веществ, устойчивых в стандартных условиях, приняты равными нулю.

В основе термохимических расчетов лежит закон Гесса: тепловой эффект химической реакции зависит только от начального и конечного состояния системы и не зависит от ее промежуточных состояний.

Следствия закона Гесса:

· Тепловой эффект разложения какого-либо соединения равен, но противоположен по знаку тепловому эффекту его образования.

· Если две реакции из различных начальных состояний приходят к одному конечному, то разность их тепловых эффектов равна тепловому эффекту перехода из одного начального состояния в другое.

· Если две реакции имеют одинаковые начальные состояния и разные конечные, то разность их тепловых эффектов равна тепловому эффекту перехода из одного конечного состояния в другое.

Закон Гесса позволяет рассчитывать теплоты образования нестабильных соединений и тепловые эффекты реакций, которые нельзя осуществить экспериментально.

Согласно закону Гесса тепловой эффект реакции представляет собой разность между суммой энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования исходных веществ. Для реакции

тепловой эффект Н определяется равенством

На практике при проведении термохимических измерений наиболее часто определяют следующие тепловые эффекты: теплоту образования, теплоту разложения, теплоту сгорания, теплоту растворения и теплоту нейтрализации.

Теплотой образования вещества называется тепловой эффект реакции образования 1 моля сложного вещества из простых, наиболее устойчивых при температуре 25˚С (298 0 К) и р = 101,3 кПа. Например:

Теплотой разложения вещества называется количество теплоты, выделяемое или поглощаемое при разложении 1 моля сложного вещества на более простые соединения, например:

СаСО₃ = СаО + СО₂ + 179,08 кДж

Теплотой сгорания называется тепловой эффект реакции окисления 1 моля данного соединения кислородом с образованием высших оксидов соответствующих элементов, например:

Теплотой растворения называется количество теплоты, которое выделяется или поглощается при растворении 1 моля вещества в таком объеме растворителя, чтобы при дальнейшем разбавлении раствора не наблюдалось изменения теплового эффекта.

При растворении соли в воде протекают одновременно два процесса:

3) разрушение кристаллической решетки вещества. При этом тепло поглощается (Q₁);

4) гидратация ионов. При этом тепло выделяется (Q₂).

Тепловой эффект растворения соли будет равен сумме тепловых эффектов этих процессов:

Поэтому вещества, обладающие прочной кристаллической решеткой и слабо гидратирующиеся в растворе, растворяются с поглощением тепла. Вещества с невысокой прочностью кристаллической решеткой, образующие в растворе сильно гидратированные ионы растворяются с выделением тепла.

Теплота растворения вещества увеличивается с разбавлением, но лишь до 100- 300 моль растворителя на 1 моль растворяемого вещества. Дальнейшее разбавление раствора практически не изменяет величину теплоты растворения.

Теплотой нейтрализации называется количество теплоты, выделяющееся при взаимодействии эквивалента кислоты с эквивалентом щелочи. При нейтрализации водных растворов сильных кислот сильными основаниями выделяется всегда одинаковое количество тепла, равное 57,11 кДж на 1 моль-эквивалент кислоты или основания (закон постоянства теплоты нейтрализации). Это объясняется процессом взаимодействия ионов:

Сказанное справедливо для растворов сильных кислот и оснований. В случае растворов слабой кислоты или основания процесс взаимодействия сопровождается диссоциацией слабого электролита. Диссоциация имеет характерный для каждого вещества тепловой эффект (тепловой эффект диссоциации)..

Второй закон термодинамики устанавливает возможность, направление и предел протекания самопроизвольных процессов. Чаще всего встречаются несколько формулировок второго закона:

Теплота не может сама собой переходить от менее нагретого тела к более нагретому.

Невозможен вечный двигатель второго рода, т. е. невозможна такая периодически действующая машина, которая позволяла бы получать работу только за счет охлаждения источника теплоты.

Эти формулировки связаны друг с другом и вытекают одна из другой. Обе они указывают на невозможность самопроизвольного протекания определенных процессов. Для оценки возможности протекания процесса в том или ином направлении введена величина – энтропия. Энтропия – это мера беспорядка.

При переходе системы из более упорядоченного в менее упорядоченное состояние энтропия возрастает (ΔS>0). В случае перехода из менее упорядоченного состояния в более упорядоченное энтропия системы уменьшается (ΔS

Источник

Калориметрическая система.

Теоретическая часть

Тепловой эффект реакции – это теплота, выделенная или поглощенная термодинамической системой при протекании в ней химической реакции.

Процесс растворения твёрдого соединения (соли) с ионной кристаллической решёткой в воде или в каком-либо другом растворителе можно разбить на две стадии:

1. разрушение кристаллической решётки и удаление ионов этой соли на бесконечное расстояние друг от друга (или на расстояние, определяемое объёмом раствора);

2. взаимодействие образовавшихся ионов с молекулами растворителя.

Теплота растворения – тепловой эффект процесса растворения 1 моля вещества в бесконечно большом количестве растворителя. Измеряется в кДж.

Теплота растворения складывается из двух составляющих: теплоты разрушения кристаллической решётки (для твёрдого вещества) и теплоты сольватации.

(1)

Интегральная теплота растворения ( ) – тепловой эффект, сопровождающий процесс растворения (при ) 1 моля (молярная) или 1 г (удельная) соли в данном количестве растворителя с образованием раствора молярной концентрации .

Прибавление воды к раствору также сопровождается тепловым эффектом – теплотой разведения.

Интегральная теплота разведения – тепловой эффект, наблюдающийся при разбавлении раствора, содержащего 1 моль растворённого вещества, до бесконечного разведения, т.е. до . Тогда:

(2)

Промежуточная теплота разведения – тепловой эффект, сопровождающий разбавление раствора, содержащего 1 моль растворённого вещества, от концентрации до меньшей концентрации . Она равна разности соответствующих интегральных теплот растворения:

(3)

Тепловой эффект, который получается при концентрировании раствора от до , называется промежуточной теплотой растворения:

(4)

Величина теплового эффекта процесса растворения зависит от концентрации полученного раствора, и для данной соли (вещества) можно получить ряд значений теплоты растворения, соответствующих различным концентрациям вещества.

Калориметрическая система.

Схема калориметрической системы (лабораторной установки):

1. изотермическая оболочка;

3. калориметрический стакан;

5. калориметрическая жидкость;

6. пробирка с солью.

Тепловой эффект процесса растворения соли в калориметрической системе определяется экспериментально по изменению температуры в калориметре :

(5)

где – масса воды, г; – теплоёмкость воды, ( ); – масса стакана; – теплоёмкость стакана, ; – масса термометра, г; – теплоёмкость термометра, ; – масса мешалки, г; – теплоёмкость мешалки, .

Параметры уравнения (5), такие как масса и теплоёмкость стакана, мешалки и термометра можно считать постоянными величинами в процессе эксперимента и объединить сумму их произведений в величину, называемую постоянной калориметра:

(6)

Тогда уравнение (5) может быть записано в виде:

(7)

где К – постоянная калориметра или теплоёмкость всех частей калориметра и вспомогательных устройств, участвующих в теплообмене, Дж/К; – изменение температуры в процессе растворения, протекающего в условиях отсутствия теплообмена калориметра с окружающей средой.

Постоянную калориметра можно предварительно определить из отдельного эксперимента через тепловой эффект процесса растворения соли с известной теплотой растворения (например, KCl или NH₄Cl) из выражения:

(8)

(9)

где – количество теплоты, которое поглощается при растворении определенного количества KCl (данная соль растворяется с понижением температуры); – изменение температуры при растворении навески соли KCl.

Количество теплоты при растворении неизвестной соли определяется по уравнению:

(10)

где – количество теплоты, которое выделяется или поглощается при растворении определенного количества неизвестной соли; – изменение температуры при растворении данной навески неизвестной соли. Рассчитав по уравнению количество теплоты , можно определить удельную теплоту растворения неизвестной соли:

(11)

где – величина навески неизвестной соли, г.

Для того, чтобы определить какая соль была взята в качестве неизвестной, полученную удельную теплоту растворения нужно преобразовать в интегральную теплоту растворения и сравнить её со справочной величиной.

Экспериментальная часть

1. Построение графической зависимости ______________________

(для известной соли __________)

Определение изменения температуры Δt _1,000__________

2. Построение графической зависимости ______________________

(для неизвестной соли __________)

Определение изменения температуры Δt ____1,855_______

3. Расчёт теплоты растворения:

1) определение количества молей известной соли:

2) расчет моляльной концентрации известной соли в растворе:

3) интегральная теплота растворения известной соли (из справочных данных) ______________ [ ]

4) расчет теплоты растворения известной соли:_____________________

5) расчет постоянной калориметра:________________________________

6) расчет теплоты растворения неизвестной соли:_____________________

7) расчет удельной теплоты растворения неизвестной соли: ____________

8) расчет интегральной теплоты растворения неизвестной соли (________)

Расчёт интегральной теплоты растворения на основе справочных данных для неизвестной соли (_____________)

1. определение количества молей исследуемой соли:

2. расчет моляльной концентрации исследуемой соли в растворе:

3. интегральная теплота растворения исследуемой соли (из справочных данных) ______________ [ ]

Интегральная теплота растворения исследуемой соли ____________

Расчёт относительной погрешности определения теплоты растворения неизвестной соли:

Источник