- •Міністерство освіти і науки, молоді та спорту україни
- •Видання подається в авторський редакції вступ
- •Лабораторна робота № 1 Визначення інтегральної теплоти розчинення солі
- •Теоретичні відомості
- •Завдання на виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Лабораторна робота № 1.2
- •Визначення інтегральної теплоти розчинення
- •Невідомої солі
- •Порядок виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 2 побудова та аналіз діаграм стану обмежено розчинних рідин
- •Теоретичні відомості
- •Завдання на виконання роботи
- •Прилади, лабораторний посуд та реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 3 кріометричне визначення молярної маси речовини
- •Теоретичні відомості
- •Кріоскопічні сталі деяких розчинників
- •Визначення температури замерзання чистого розчинника
- •Визначення температури замерзання розчину
- •Завдання на виконання роботи
- •Установки, прилади, лабораторний посуд, реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота №4 електропровідність розчинів електролітів
- •Теоретичні відомості
- •Електрична провідність розчинів слабких електролітів
- •Електрична провідність розчинів сильних електролітів
- •Методика виміру електричної провідності
- •Завдання на виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Лабораторна робота № 4.2 визначення електропровідності розчинів сильних електролітів Порядок виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Оцінка похибки вимірювань
- •Аналіз одержаних результатів, висновки
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 5 електрорушійні сили
- •Теоретичні відомості
- •Завдання на виконання роботи
- •Прилади, лабораторний посуд та реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота №6 хімічна кінетика
- •Теоретичні відомості
- •Лабораторна робота № 6.1
- •Аналіз одержаних результатів, висновки
- •Лабораторна робота №6.2
- •Опрацювання результатів
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 7 визначення поверхневого натягу розчинів та розрахунок адсорбції на межі поділу розчин – повітря
- •Теоретичні відомості
- •Завдання на виконання роботи
- •Прилади, лабораторний посуд та реактиви
- •Порядок виконання лабораторної роботи
- •Характеристики пар
- •Опрацювання результатів
- •Поверхневий натяг розчинів оцтової кислоти
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 8 адсорбція на межі поділу тверде тіло – рідина. Обчислення питомої поверхні адсорбенту
- •Теоретичні відомості
- •Завдання на виконання роботи
- •Прилади, лабораторний посуд та реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Результати розрахунку адсорбції на межі поділу тверде тіло – рідина
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 9 методи одержання колоїдних систем
- •Теоретичні відомості
- •Будова колоїдної частинки
- •Прилади, лабораторний посуд, реактиви
- •Порядок виконання роботи № 9.4
- •Опрацювання результатів
- •Швидкість електрофоретичного перенесення визначають за рівнянням:
- •Опрацювання результатів
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 11 визначення порогу коагуляції золю гідроксиду заліза та перевірка правила шульце-гарді
- •Теоретичні відомості
- •Завдання на виконання роботи
- •Прилади, лабораторний посуд та реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Результати дослідження коагуляції золю гідроксиду заліза
- •Опрацювання результатів
- •Результати визначення порогу коагуляції та коагулюючої дії іонів різної валентності
- •Оцінка похибки вимірювань
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 12 вивчення кінетики та визначення ступеня набухання желатини
- •Теоретичні відомості
- •Лабораторна робота № 12.1 вагове вИвчення кінетики набухання желатину у водно– спиртових сумішах
- •Завдання на виконання роботи
- •Прилади, лабораторний посуд, реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Результати дослідження кінетики набухання желатину ваговим методом
- •Лабораторна робота № 12.2 вплив рН на ступінь набухання желатини та визначення ізоелектричної точки методом набухання
- •Завдання на виконання роботи
- •Прилади, лабораторний посуд та реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Результати дослідження кінетики набухання желатину в розчинах з різним значенням рН ваговим методом
- •Залежність граничного набухання желатину від рН розчину
- •Порядок виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Залежність граничного ступеня набухання желатину від рН розчину
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 13 визначеня зв`язаної води індикаторним рефрактометричним методом
- •Теоретичні відомості
- •Завдання на виконання роботи
- •Прилади, лабораторний посуд та реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Опрацювання результатів
- •Оцінка похибки вимірювань
- •Питання для самоперевірки
- •Література
- •Фізична та колоїдна хімія методичні рекомендації до виконання лабораторних робіт
- •Видання подається в авторський редакції
Лабораторна робота № 1 Визначення інтегральної теплоти розчинення солі
Мета роботи – ознайомитися з принципом калориметричних вимірювань, навчитися експериментально визначати теплові ефекти хімічних та фізико-хімічних процесів.
Теоретичні відомості
Термохімія є розділом термодинаміки, що вивчає теплові ефекти хімічних реакцій, фазових перетворень, процесів розчинення, адсорбції, змочування, набухання та ін.
Теоретична основа термохімії – перший закон термодинаміки. Це закон збереження і перетворення енергії, який стверджує, що теплота Q, яка надана системі, витрачається на збільшення її внутрішньої енергії U і на виконання системою роботи проти зовнішніх сил А.
Для будь-якого елементарного термодинамічного процесу перший закон термодинаміки записується у вигляді:
(1.1)
Рівняння (1.1) є математичним виразом першого закону термодинаміки. Величина dU – повний диференціал енергії. Внутрішня енергія характеризує загальний запас енергії системи, тобто енергію поступального і обертального руху молекул, енергію коливань атомів, що входять до складу молекули, енергію обертання електронів навколо ядер і ядерну енергію. Коли система під дією різних чинників переходить із одного стану в інший, зміна її внутрішньої енергії ΔU не залежить від шляху, яким система перейшла від початкового до кінцевого стану, а залежить лише від цих станів.
Функції, заміна яких не залежить від способу проведення процесу, називаються функціями стану. Внутрішня енергія є функцією стану термодинамічної системи.
Теплота та робота – різні форми передачі енергії, що характеризують визначений процес, і, в загальному вигляді, не можуть бути функціями стану, тому в рівнянні (1.1) вони виражені не повним диференціалом, а нескінченно малим приростом теплоти та роботи.
Якщо процес виконується за сталого об'єму V=const (ізохорний процес), робота проти зовнішніх сил (робота розширення) відсутня і рівняння (1.1) можна записати у вигляді:
(1.2)
Оскільки U – функція стану, Qv також є функцією стану.
Якщо процес йде за умови сталого тиску Ρ=const (ізобарний процес), згідно з (1.3) в системі можливе виконання роботи розширення:
(1.3)
Після інтегрування рівняння (1.3) отримуємо:
(1.4)
Величина U+P∙V=H називається ентальпією. Зміна ентальпії, як і зміна внутрішньої енергії, не залежить від шляху процесу і є функцією стану. Зміну ентальпії відносять до одного моля речовини і вимірюють у Дж/моль. Отже Qр також є функцією стану
(1.5)
З (1.5) видно, що кількість теплоти, наданої системі за сталого тиску, дорівнює зміні ентальпії даної системи. Як випливає з (1.2) і (1.5), теплота процесу за умови V=const і Ρ=const залежить тільки від різниці енергії кінцевого і початкового стану системи. Ці рівняння є математичним виразом закону Гесса.
Закон Гесса є основним законом термохімії і формулюється так: якщо з даних вихідних речовин можна одержати задані кінцеві продукти різними шляхами, сумарна теплота процесу для всіх шляхів буде одна. Цей закон є цілком правильним лише для процесів, що проходять при сталому об'ємі (Qv=U) або тиску (Qp =Н) за сталої температури.
Тепловим ефектом реакції називається кількість теплоти, що виділяється або поглинається при хімічній реакції за сталого об’єму та тиску за умови однакової температури початкових і кінцевих речовин.
Для порівняння теплових ефектів їх приводять до однакових умов. З цією метою введено поняття стандартних ефектів, значення яких вимірюють при T = 298 K і P = 101,325 кПа. Стандартні теплові ефекти позначають .
Згідно закону Гесса тепловий ефект процесу не залежить від шляхів переходу або проміжних стадій, а визначається лише початковим і кінцевим станами системи. Цей закон дозволяє розрахувати теплові ефекти процесів, які експериментально визначити немає можливості, через табличні значення теплот утворення, згоряння, розчинення.
Теплота утворення хімічної сполуки – це кількість тепла, що поглинається або виділяється при утворенні одного моля цієї сполуки із простих речовин при стандартних умовах. Теплоту утворення простих речовин умовно приймають рівною нулю.
Через те що більшість хімічних реакцій проходить за сталого тиску, для характеристики теплових ефектів використовують ентальпію ΔН. Ентальпія – це теплота утворення 1 моль сполуки з відповідних простих речовин за стандартних умов.
Розчинення речовини супроводжується виділенням або поглинанням теплоти, що характеризується інтегральним або диференціальним тепловим ефектом.
Інтегральною теплотою розчинення (ΔНр) називають теплоту розчинення 1 моль речовини з утворенням розчину заданої моляльності (моляльна концентрація характеризується числом молів речовини, розчиненої в 1000 г розчинника).
Диференціальна теплота розчинення – це теплота розчинення 1 моль речовини в нескінченно великій кількості розчину постійної концентрації.
Тепловий ефект при розчиненні кристалічної солі (ΔНр) визначається двома стадіями. Перша стадія характеризується ендотермічним процесом (E) руйнування кристалічних ґраток солі і віддалення іонів на значну відстань від поверхні кристалу. Друга екзотермічним процесом (ΔНг) гідратації (сольватації) іонів. Отже
ΔНр=Е+ ΔНг (1.6)
Для розрахунку теплового ефекту розчинення солі була введена додаткова функція – теплоємність термодинамічної системи, яка визначається рівнянням:
(1.7)
Тобто, теплоємність визначається такою величиною теплоти процесу, при якій температура системи змінюється на 1ºС.
(1.8)
після інтегрування (1.8) отримаємо:
(1.9)