CUPRINS

1.. Notiuni teoretice………………………………………………….22.. Determinarea entalpiilor de dizolvare………………………………23. Determinarea variatiei solubilitatii substantelor cu temp……………..44. Determinarea caldurii integrale de dizolvare………………………...45. Masurarea temperaturii……………………………………………66. Coeficientul de solubilitate………………………………………...107. Bibliografie……………………………………………………....12

1

NOTIUNI TEORETICE

In general, dizolvarea este insotita de un efect termic,

de exemplu dizolvarea NH4Cl in apa are loc cu absorbtie de

caldura , iar la dizolvarea NaOH in apa se degaja caldura.La

presiune constanta aceste efecte termice sunt entalpiile de

dizolvare ∆H , numite si calduri de dizolvare.Caldura de

dizolvare depinde de concentratia solutiei, atingand valoarea

maxima la saturatie.

DETERMINAREA ENTALPIEI DE DIZOLVARE

Principiul lucrarii.

Procesul de dizolvare a substantelor este insotit de un

efect termic, denumit caldura de dizolvare,care depinde

de interactiile moleculelor sau ionilor substantei(exNaCl)

care se dizolva cu moleculele dizolvantului.(H2O) De

exemplu,in cazul cristalelor Na+Cl− ionice in apa, caldura de

2

dizolvare la presiune constanta,DHdiz poate fi explicata in

felul urmator :intr-o prima etapa sub actiunea apeii, ionii

imobili de Na+ si Cl− care ocupa nodurile retelei cristaline

sunt indepartati unii de altii pana la distante atat de

mari,incat forta coulombiana de interactiune dintre ei devine

nula; ioni devin independenti si mobili in apa .Acest proces

absoarbe energie din exterioe drept care dizilvare\a sarurilor

ionice are loc cu scadere de temperatura.

Scopul lucrarii este determinarea entalpiei de dizolvare

pentru trei saruri,de exemplu:NH4Cl, KNO3, K2SO4 etc

Aparatura si substante:calorimetru,cilindru gradat de

l00 cm3,saruri:NH4Cl, KNO3, K2SO4,etc. ,termometru.

Modul de lucru

Caldura de dizolvare se determina cu ajutorul unui

sistem adiabat Se introduc in paharul berzelius fixat in

cilindrul de polistiren expandat 100 cm3 de apa distilata,

masurata cu un cilindru gradat si se urmareste stabilizarea

temperaturii la termometru.Se noteaza aceasta valoare ti. Se

cantaresc la balanta tehnica,pe o hartie lucioasa de

cantarire, 1 g dintr-o sare de mai sus si se introduc in

apasistemului calorimetric..Se observa variatia de

temperatura in timpul procesului de dizolvare.Cand toata

3

sarea s-a dizolvat, temperatura ramane constanta se

noteaza ca temperatura finala tf.

Calcule si rezultate.Entalpia de dizolvare,ca si cea

de neutralizare,se calculeaza dupa relatia:

DHQ

ncal mol ( / )

(1)

in care Q este cantitatea de caldura din calorimetru,iar n

numarul de moli de substanta dizolvata

(2)

In cazul de fata Cvas=20 cal/grad, iar Csolutie=100 cal/grad

Deci Q=(20 + 100)Dt= 120 Dt

Numarul de moli, n, de substanta dizolvata se

calculeaza raportand masa de substanta (1g) la masa ei

moleculara,M. De exemplu,pentru KNO3 , M = 39 + 14 +

48= 101(g) si , deci, n este :n=2/101= 0,0198 moli~ 0,02

mol.

Introducand Q si n in relatia (1) se obtine entalpia de

dizolvare DH.

DETERMINAREA VARIATIEI SOLUBILITATII SUBSTANTELOR CU TEMPERATURA

4

Prezenta lucrare are drept scop obtinerea variatiei

caldurii de dizolvare la diverse temperature pentru un

system bicomponent de compozitii cunosculte.Se poate

astfel aprecia variatia solubilitatii cu temperature in sistem

binar.

DETERMINAREA CĂLDURII INTEGRALE DE DIZOLVARE

Căldura de dizolvare (efectul termic ce însoţeşte

dizolvarea unei substanţe) depinde atât de natura substanţei

ce se dizolvă cât şi de natura solventului, de temperatură şi

de concentraţia soluţiei obţinute. Potrivit terminologiei

obişnuite, prin căldură integrală de dizolvare se înţelege

efectul termic care însoţeşte dizolvarea unui mol de

substanţă într-o cantitate dată de solvent. Căldura parţială

(diferenţială) de dizolvare este efectul termic ce însoţeşte

dizolvarea unui mol de substanţă într-o cantitate de soluţie

atât de mare încât modificarea concentraţiei este practic

nulă. În cazul proceselor care decurg la presiune constantă

sau la volum constant, cantitatea de căldură schimbată cu

mediul se numeşte efect termic izobar (Qp=DH), respectiv

izocor (Qv=DU).

Dizolvarea unui mol de KCl în 400 moli apă, care se

face cu un consum de 4404 cal, se poate formula prin

următoarea ecuaţie termochimică:

KCl + 400 H2O = KCl (aq 400)

5

DdizH=4404 cal (1)

Potrivit legii schimbului de căldură, efectul termic al

unui proces oarecare ce decurge în calorimetru este dat de

relaţia:

Q=(m1c1+m2c2+m3c3)Dq (2)

unde: - Q - efectul termic al procesului efectuat în

calorimetru;

- m1, m2, m3 - masa părţilor metalice ce intră în

componenţa calorimetrului, masa lichidului calorimetric şi

respectiv masa porţiunilor din piesele de sticlă scufundate în

lichidul calorimetric;

- c1, c2, c3 - căldurile specifice ale materialelor de mai

sus

- Dq - variaţia de temperatură.

Ecuaţia de mai sus se poate scrie:

Q = WDq (3)

- W este echivalentul în apă al calorimetrului sau

constanta calorimetrică.

Pentru determinarea căldurii integrale de dizolvare

etapele de lucru sunt:

1. stabilirea echivalentului în apă al calorimetrului;

2. determinarea efectului termic al dizolvării prin

măsurarea variaţiei temperaturii calorimetrului în

timpul procesului.

6

Echivalentul în apă al calorimetrului poate fi determinat

experimental fie prin efectuarea în calorimetru a unui proces

chimic al cărui efect termic este cunoscut, fie trecând prin

calorimetru o cantitate cunoscută de energie electrică şi

observând variaţia temperaturii calorimetrului. Cantitatea de

căldură necesară încălzirii calorimetrului cu Dq este, conform

legii lui Joule:

Q = W·Dq = 0,239 E I t (4)

de unde se deduce constanta calorimetrică:

W = (5)

în care:

E - tensiunea, V

I - intensitatea curentului, A

t - timpul, s;

W rezultă în cal/grad şi reprezintă cantitatea de căldură

necesară ridicării temperaturii calorimetrului cu un grad.

Măsurarea temperaturii

După ce ansamblul calorimetric a fost pregătit, se

porneşte agitatorul şi se aşteaptă 3 minute pentru atingerea

stării de echilibru termic, care se recunoaşte printr-un regim

staţionar al temperaturii (care se urmăreşte la valoare

practic constantă, un timp de 4 - 5 minute înainte de

declanşarea procesului). Se notează această valoare iniţială

q1 a temperaturii, după care se poate declanşa procesul

7

studiat. Se observă că temperatura creşte sau scade (după

cum procesul este exoterm sau endoterm) la început mai

repede şi apoi din ce în ce mai încet, odată cu evoluţia

procesului, pentru ca după un timp mai scurt (pentru

amestecarea a două lichide) sau mai îndelungat (pentru

dizolvarea unei substanţe solide) să rămână din nou

constantă. Se notează această valoare finală qf a

temperaturii şi se verifică dacă ea rămâne constantă un

timp, încă 4 - 5 minute. Se evaluează variaţia Dq a

temperaturii ca diferenţa:

Dq = qf - qi (6)

Durata de observare a temperaturii poate fi împărţită

astfel în trei perioade: înainte de declanşarea fenomenului

de studiat (citirea temperaturii iniţiale), perioada iniţială,

între momentul citirii temperaturii iniţiale, perioada

principală (în care are loc procesul studiat) şi după citirea

temperaturii finale, perioada finală. Se poate întâmpla însă

ca temperatura să nu rămână constantă în perioadele iniţială

şi finală ci să se observe o uşoară creştere sau scădere a ei.

În acest caz este necesară să se facă anumite corecţii, drept

pentru care se citesc valorile temperaturii din minut în minut

pe durata celor trei perioade.

Variaţia de temperatură obţinută prin relaţia (6) este

corectă numai în cazul ideal. În realitate ea conţine şi

contribuţii datorate unor procese secundare ca evaporarea

8

lichidului, frecarea agitatorului de lichid şi schimbul de

căldură cu exteriorul, care, oricât ar fi de redus, trebuie luat

în considerare. Toate aceste contribuţii secundare trebuiesc

eliminate din valoarea variaţiei de temperatură măsurate

pentru a obţine valoarea ei corectă, utilizabilă în relaţia (5).

Pentru aceasta se calculează o variaţie de temperatură

corectată, Dq*, cu ecuaţia:

Dq* = Dq -12

DqD

DqDt t

t

i fp (7)

unde

Dq - variaţia de temperatură între prima şi ultima citire

din perioada principală;

DqDt

i - variaţia de temperatură din perioada iniţială

raportată la durata aceleiaşi perioadă;

DqDt

f - variaţia de temperatură din perioada finală

raportată la durata aceleiaşi perioadă;

tp - durata perioadei principale.

DESCRIEREA APARATULUI

Calorimetrul folosit în această lucrare este de tipul

calorimetrelor adiabate cu manta izolantă termic.

Calorimetrul este alcătuit dintr-un vas Dewar fixat cu ajutorul

unui inel de azbest (pentru a evita pierderile de căldură prin

contact) într-un vas de sticlă, care la rândul lui este izolat cu

9

rumeguş de lemn la exterior. Prin capacul calorimetrului

pătrund în vasul Dewar un termometru, un agitator şi un

încălzitor. Agitatorul este acţionat de un motor care se poate

regla cu un reostat. Printr-un comutator încălzitorul

calorimetrului poate fi conectat la o sursă de curent

continuu. Se măsoară intensitatea curentului din circuit şi

tensiunea la bornele rezistenţei de încălzire.

MOD DE LUCRU

Scopul lucrării este determinarea căldurii integrale de

dizolvare la o temperatură apropiată de aceea a camerei şi

la o concentraţie finală de 1 mol sare la 200 mol apă. În

acest scop se determină mai întâi constanta calorimetrului şi

apoi variaţia temperaturii Dq‘ provocată de dizolvarea sării.

Se cântăreşte cu o precizie de 0,01 g o cantitate de

sare fin pulverizată, suficientă pentru a obţine o solutie de 1

mol sare la 200 moli apă şi se echipează complet

calorimetrul. Se introduc în calorimetru 800 mL apă şi se

aşează capacul calorimetrului prin care trec agitatorul,

capetele rezistenţei de încălzire a calorimetrului şi

termometrul. Se porneşte agitatorul astfel încât viteza de

rotaţie a acestuia să nu fie prea mare pentru a nu încălzi apa

din calorimetru. Viteza de agitare va fi menţinută constantă

pe tot timpul determinărilor.

După 10 minute, timp necesar ca toate părţile

calorimetrului să ajungă la aceeaşi temperatură, se trece la

10

determinarea constantei calorimetrului. Se observă timp de

5 minute temperatura, făcând citiri din minut în minut. Se

notează valoarea constantă a temperaturii cu q1. Se închide

circuitul şi se porneşte cronometrul. În timpul încălzirii se

citeşte temperatura din minut în minut, intensitatea

curentului şi tensiunea la borne. Se întrerupe încălzirea după

5 minute Se continuă observarea temperaturii încă 5 minute

după întreruperea încălzirii. Se notează temperatura finală

constantă cu q2. Valorile obţinute pentru diferenţa de

temperatură Dq (q2 - q1 = Dq), pentru timpul t, intensitatea I şi

tensiunea E se introduc în relaţia (5) şi se calculează

constanta calorimetrului W. După ce s-a determinat W se

trece la măsurarea efectului termic al dizolvării. Fără a

întrerupe agitarea, se citeşte temperatura constantă înaintea

dizolvării, q‘1. Se introduce sare în calorimetru. Se

înregistrează temperatura după dizolvare, notând cu q‘2

temperatura finală constantă. Diferenţa de temperatură q‘2 -

q‘1 se notează cu Dq‘. Produsul WDq‘ = q este efectul termic

al dizolvării celor m grame de sare. Pentru un mol de sare

efectul termic al dizolvării va fi:

QMmq= cal/mol

unde M este masa moleculară a sării, m - masa de substanţă

dizolvată şi q - efectul termic al dizolvării.

11

REZULTATE

1. , cal/grad

2. q = WDq‘, cal

3. Q = q, cal/mol

4. Se calculează constanta calorimetrului W’ şi efectul termic

la dizolvarea unui mol de sare q‘ cu variaţia de temperatură

corectată Dq*.

5. Se compară rezultatele.

12

oeficientul de solubilitate (solubilitatea) se defineşte

prin cantitatea maximă de substanţă dizolvată, la o anumită

temperatură (de obicei t = 25°C), în 100 g solvent.

Solubilitatea substanţelor într-un anumit solvent, variază cu

temperatura, de cele mai multe ori în sens direct (figura 1).

Fig.1. Variaţia solubilităţii substanţelor cu temperatura

13

Solubilitatea substanţelor se mai exprimă şi în mol/l sau g/l.

În funcţie de solubilitatea molară (Sm), substanţele se împart

în:

• substanţe uşor solubile care au Sm ≥ 10-2 mol/l;

• substanţe cu solubilitate medie: 10-2 mol/l > Sm > 10-5

mol/l;

• substanţe greu solubile: Sm ≤ 10-5 mol/l.

Pentru a studia fenomenul de dizolvare, trebuie să se ţină

cont de natura legăturilor intramoleculare din solut şi

solvent, precum şi denatura legăturilor intermoleculare care

apar între particulele solutului (ioni, molecule) şi moleculele

solventului.

14

BIBLIOGRAFIE : Chimie-fizica Editura Didactica si Pedagogica

Bucuresti , 1982 Autor : CONSTANTIN IONESCU

Chimie-fizica Editura Stiintifica si

Enciclopedica Bucuresti , 1979 , Autor : Prof. dr. ing.

DUMITRU SANDULESCU

15