(1)
Szilárd anyag oldhatóságának meghatározása, oldáshő kiszámítása
Bevezetés
A gyakorlat célja a telített oldat koncentrációjának hőmérsékletfüggése alapján a differenciális moláris oldódási entalpia, DoldH meghatározása.
A telített oldat B oldott komponensét adott hőmérsékleten és nyomáson kémiai potenciáljával jellemezhetjük,
(1)
ahol a telített oldat aktivitása aB =cB× gB. A telített oldatban egyensúly van a két fázisban is jelenlevő, oldott és szilárd B anyag között. A fázisegyensúly termodinamikai feltétele a B szilárd anyag oldhatóságára vonatkozóan a következőképp adható meg:
(2)
ahol mB,old az oldószerben feloldott B komponenes kémiai potenciálja (ld. az (1) egyenletet), mB,sz pedig a tiszta B komponens kémiai potenciálja a szilárd fázisban. Az (1) és a (2) egyenletekből következik, hogy aB állandó, mivel az adott körülmények között
állandók. Ezért más szilárd anyag feloldása csak cB-t és gB-t változtatja meg, úgy hogy az oldott anyag aktivitása állandó maradjon. A (2) egyenletből származtatható a telített oldat aktivitásának hőmérsékletfüggése:
(3)
A (3) egyenletben az oldódási entalpia ideális oldat képződése esetén megegyezik B olvadáshőjével, hiszen a folyadék fázisban feloldott B anyag parciális moláris entalpiája ideális oldatok esetén független az összetételtől. Reális oldatok képződése esetén a (3) egyenlet alapján számolt differenciális moláris oldódási entalpia azzal az oldáshővel azonos, amelyet úgy nyerünk, hogy a majdnem telített, nagy mennyiségű oldathoz éppen 1 mól B anyagot adunk az oldat telítetté válásához (utolsó oldáshő). Az integrális oldódási entalpiát akkor mérnénk, ha az oldat koncentrációját cB = 0 -ról a telítési koncentrációra növelve meghatároznánk az elnyelődött vagy leadott hőt.
Ha van legalább egy szűk hőmérséklet-intervallum, amelyben D
oldH állandó, akkor két, az intervallumba eső hőmérsékletre
(4)
A (3) egyenlet határozatlan integráltja,
(5)
szolgál a mérési adatok pontosabb kiértékeléséhez. Ha több hőmérsékleten megmérjük az oldhatóságot és élünk az aB = cB közelítéssel akkor a mérési adatok alapján megrajzolhatjuk az ln cB = f(T-1) függvényt, ami az (5) egyenlet alapján egyenes. Az egyenes iránytangenséből kiszámítható a vizsgált hőmérséklet-tartományhoz tartozó közepes differenciális moláris oldódási entalpia.
Az elvégzendő feladat
Mérjük meg egy anyag oldhatóságát három különböző, 25± 1, 30± 1 és 35± 1 oC hőmérsékleten. Az anyag lehet oxálsav, borstyánkősav, vagy KH2PO4. A mintákat adott faktorú 0,1mol/dm3-es NaOH-dal titráljuk meg fenolftaleinindikátor jelenlétében. A koncentrációszámolás alapja a három fogyás átlagából megadott átlagos fogyás. A vizsgálandó savat a gyakorlatvezető választja ki.
Kísérleti anyagok eszközök
A számolással kapcsolatos adatok táblázata.
|
anyag neve, képlete |
M, g / mol |
* n / mol |
szilárd anyag tömege / g |
víz menny. / cm3 |
|
borstyánkősav COOH-CH2-CH2-COOH |
118 |
2 |
~ 20 |
70 |
|
oxálsav, COOH-COOH· 2 H2O |
126,1 |
2 |
~ 20 |
70 |
|
KH2PO4 |
136,1 |
1 |
~ 35 |
70 |
* A titrálás során 1 mol savat közömbösítő lúg anyagmennyisége.
A kísérleti eljárás lépései
1. Mérjük össze a telítőedényben a táblázatban megadott tömegű szilárd anyagot és desztillált vizet. Az edényt üvegdugóval lezárjuk, a hőmérőt a folyadékba merítjük.
2. Megindítjuk a keverést, beállítjuk a termosztátot 25± 1 oC-ra. 20 perc telítési idő eltelte után a keverést leállítjuk, az üvegdugó helyére a mintavevőt illesztjük. A mintavevő csapja legyen zárt állásban.
3. Lemérjük a kívül száraz, csiszolatos dugóval lezárt 100 cm3 -es mérőlombikot 0,001 g pontossággal.
4. 10 perccel később műanyag fecskendő segítségével annyi telített oldatot szívunk a mintavevő csőbe, hogy a folyadék szintje 2 - 3 cm-rel a mintavevőcső csiszolat szintje alatt legyen. Kiemeljük az edényből, és 3 - 4 cm
3 folyadékot keresztülnyomunk az üvegszűrőn. A maradék mintából 1 - 3 cm3 -t csepegtetünk tölcséren keresztül az 0,001 g pontossággal lemért 100 cm3 -es mérőlombikba.5. Megmérjük a folyadék tömegét (lezárt lombikban), majd a jelre töltött lombikból 25,00 cm3 -t titrálunk. A fogyást 3 titrálás átlagából határozzuk meg.
6. A mérést megismételjük (1. - 5. pont) a másik két hőmérsékleten.
Az adatok értékelése
1. A mérési adatok (fogyások, bemért minta tömege) táblázatos formában.
2. A kristályvíz mentes sav oldhatósága c / (g oldott anyag / 100 g víz) a mért hőmérsékleten.
3. A differenciális moláris oldódási entalpia értéke (kJ/mol) az (5) egyenlet megfelelő ábrázolása alapján. Kérjük továbbá megadni az (5) egyenletnek megfelelő egyenes illesztéséből a korrelációs együtthatót, a differenciális moláris oldódási entalpia standard deviációját, 95 %-os konfidencia intervallumát.