دانلود پروژه آزمایشگاه شیمی فیزیک ـ تجزیه 65 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 65

آزمایش 1:

بررسی سیستم جامد و مایع و تحقیق در ایده‌آل بودن حلالیت نفتالین در بنزن

در بررسی تعادل سیستم‌های جامد ـ مایع که در واقع در آن گازهای جامد و مایع در حال تعادل هستند، از نظر تئوری به یک سری روابط ترمودینامیکی نیاز است که یکی بیان کننده پتانسیل شیمیایی یک سازنده خالص به حالت مایع یا پتانسیل شیمیایی آن در محلول است و دیگری ارتباط حرارتی انرژی آزاد است و بر مبنای آن روابط مول جزئی یک جسم خالص هنگامی که با محلول خود در حال تعادل باشد، با دمای شروع انجماد در محلول مورد بررسی قرار می‌گیرد. طبق روابط ترمودینامیکی می‌توان 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 اینکه G تابعی است که دیفرانسیل آن کامل می‌باشد، می‌توان رابطه زیر را نوشت:

dG=()TdP+()PdT

()T=V (4)

()S=-S (5)

چون آنتروپی هر ماده‌ای مثبت است، در این صورت علامت منفی در رابطه (5) نشان می‌دهد که افزایش حرارت در فشار ثابت باعث افزایش انرژی آزاد خواهد شد. سرعت کاهش برای گازها که نسبت به مایعات و جامدات دارای آنتروپی زیاد می‌باشند، بیشتر است.

طق معادله (4)، افزایش فشار در درجه حرارت ثابت سبب افزایش انرژی آزاد می‌شود. انرژی آزاد یک ماده خالص را می‌توان با انتگرال معادله (3) در درجه حرارت ثابت و فشار یک اتمسفر برای هر فشار دیگری مانند P بدست آورد.

در نتیجه داریم:

dG=VdP

(6)

در این رابطه، Go(T) عبارت است از انرژی آزاد ماده موردنظر در شرایط متعارفی، یعنی فشار یک اتمسفر که به آن انرژی آزاد استاندارد که تابعی از درجه حرارت است، نیز می‌گویند. حال اگر ماده موردنظر مایع یا جامد باشد، مقدار حجم مستقل از فشار است و می‌توان رابطه (6) را بصورت زیر نوشت:

G(T,P)=Go(T)+V(P-1) (7)

چون حجم مایعات و جامدات کم است، رابطه (7) بصورت زیر در‌می‌آید:

G(T,P)=Go(T)

که در واقع از وابستگی انرژی آزاد فشار صرف‌نظر شده است. می‌دانیم که حجم گازها در مقایسه با جامدات و مایعات به مقدار قابل توجهی بیشتر بوده و تا حدود زیادی به فشار بستگی دارد. با استفاده از رابطه (6) برای یک باز ایده‌آل داریم:

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 اینکه پتانسیل شیمیایی، (μ) برابر انرژی آزاد مولی، یعنی G/n است. از رابطه (9) نتیجه می‌شود:

μV= μoV(T)+RTlnP (10)

اگر دو فاز مایع و بخار با هم در حال تعادل باشند، باید پتانسیل شیمیایی هر سازنده مانند A در هر دو فاز مساوی باشد، یعنی:

μA1= μBV (11)

با قرار دادن رابطه (11) در رابطه (10)، خواهیم داشت:

μA1= μoAV(T)+RTLnPA (12)

اگر فاز مایع یک محلولی ایده‌آل باشد، طبق قانون رائول می‌توان نوشت:

PA=PoA.XA (13)

که در این رابطه PA فشار بخار A, XA مول جزئی در فاز مایع است، از قرار دادن معادله (13) در معادله (12) داریم:

μA1= μoAV +RT1n(PAo.XA)= μoAV+RTlnPoA+RTlnXA (14)

که در این رابطه μoAV+RTlnPoA مقدار ثابت، حال اگر جزء مولی A به سمت یک میل کند، مجموع فوق برابر پتانسیل شیمیایی جنس A به حالت مایع خالص است که آن را با μA نشان می‌دهیم. در این صورت:

μAl=μoAl+RTlnXA (15)

در مورد تعادل فازهای جامد ـ مایع، که موضوع مورد بحث در این آزمایش است، چون شرایط تعادل بین فازهای جامد A خالص و محلولی که شامل A می‌باشد، این است که پتانسیل شیمیایی در دو فاز جامد و مایع برابر باشد، یعنی μAl برابر باشد با μAS، در نتیجه رابطه کلی زیر برای تعادل فازهای جامد و مایع بدست می‌آید:

μAS=μoAl+RTlnXA → lnXA= μAS-μoAl/RT (16)

با قراردادن انرژی آزاد مولی به جای پتانسیل شیمیایی در رابطه (16):

lnXA= GAS-GoAl/RT

با توجه به رابطه G=H-TS داریم:

-S=G-H/T

با قرار دادن انرژی آزاد مولی بجای پتانسیل شیمیایی در رابطه (16):

lnXA= GAS-GoAl/RT

با توجه به رابطه G=H-TS داریم:

-S=G.H/T

با مشتق‌گیری G نسبت به T خواهیم داشت:

این رابطه را برای فازهای جامد و مایع در حال تعادل می‌توان به صورت زیر بکارد. برای یک ماده A در دو فاز مایع و جامد داریم:

با قرار دادن این مقادیر در مشتق رابطه انرژی آزاد داریم:

از انتگرال‌گیری رابطه فوق داریم:

که در آن XA مول جزئی جسم A در محلول ایده‌آل، ΔHf گرمای نهان ذوب ماده، R ثابت گازها، To درجه حرارت ماده خالص و T درجه حرارت انجماد ماده در محلول ایده‌آل است (بر حسب کلوین).

در این آزمایش، به منظور بررسی ایده‌آل بودن حلالیت در بنزین باید دو دیاگرام تجربی و تئوری از تغییرات logxN نسبت به 1/T رسم کرد ه و از موازی بودن و نزدیک بودن دو منحنی تجربی و تئوری، ایده‌آل بودن محلول را می‌توان تحقیق نمود.