Laboratorijske vaje iz fizikalne kemije. Navodila in predloge za pisanje poročil iz vaj. Interno gradivo

Transcript

1 Laboratorijske vaje iz fizikalne kemije Navodila in predloge za pisanje poročil iz vaj Interno gradivo

2 Navodila za izdelavo grafov s programom Excel 1. Označite stolpca (označeni stolpec na levi strani so vrednosti na osi x) in v orodni vrstici izberite primeren graf (največkrat razstreseni oz. ang. scatter) 2. Na delovnem listu se prikaže graf v surovi obliki, katerega je potrebno oblikovati do primerne končne oblike. Večina oblikovalskih zahtev je označenih na spodnjem primeru grafa. 1,20 1,18 1,16 Λ / S dm 2 mol -1 1,14 1,12 1,10 1,08 Točke in premica zavzemajo celotno površino na grafu. Razmerje dolžin osi je približno 1. Simboli za točke so primerne velikosti. Točkam je prilegana ustrezna regresijska krivulja (premica, eksponentna ali polinomska krivulja). 1,06 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 Obe osi sta označeni s primernima oznakama za količini, poleg sta dopisani pripadajoči enoti. c / mol 1/2 dm -3/2 Vse številke na posameznih oseh so podane na isto število decimalnih mest 3. Graf naj bo primerne velikosti (približno polovica strani A4) katerega natisnite in prilepite v poročilo s celotno hrbtno stranjo. 4. Če je graf neustrezen, ga popravite v programu in ponovno natisnite in prilepite.

3 Uporaba funkcije LINEST v programu EXCEL 1. V Excelovi mapi, ki vsebuje podatke, s pomočjo miške označite štiri celice (2 x 2). 2. Vtipkajte sledeči niz: =linest( 3. Pri tem se vam pod celico, v katero vpisujete tekst, samodejno prikaže celica s pomočjo, v kateri vidite, kakšna naj bi bila ustrezna oblika ukaza, ki ga vpisujete. Takoj za oklepajem je najprej potrebno podati vrednosti y. To naredite tako, da z miško označite celice s temi vrednostmi (lahko v stolpcu ali v vrstici). 4. Nato je potrebno vpisati ločilo, ki ločuje posamezne parametre ukazne vrstice (vejica ali podpičje, odvisno od različice programa). 5. Nato s pomočjo miške označite celice z vrednostmi x in zopet vtipkate ustrezno ločilo. 6. V nadaljevanju je potrebno v ukazno vrstico vpisati parameter [const], za katerega se vam v celici s pomočjo ponudita v izbiro logični vrednosti, in sicer TRUE (1) ali FALSE (0). Če napišete prvo, je modelna funkcija, ki jo prilegate točkam, enaka y = kx + n, v primeru FALSE pa y = kx. Največkrat boste imeli opravka s prvim primerom, zato vpišite TRUE ali številko 1. Vpišite še ustrezno ločilo. 7. Podati je potrebno še parameter [stats], za katerega imate zopet na izbiro vrednosti TRUE (1) ali FALSE (0). V prvem primeru vam funkcija LINEST vrne regresijsko statistiko (standardni odmik naklona in odseka premice), v nasprotnem pa ne. Ker leto za oceno napake potrebujete, vpišite TRUE oziroma številko Ko ste vpisali v polje vse potrebne parametre, vtipkajte zaklepaj in pritisnite kombinacijo tipk CTRL+SHIFT+ENTER. S to kombinacijo tipk se bo ukaz izvedel in v prvotno označenih 4 celicah se bodo pokazali rezultati: v zgornji vrstici se v prvi celici izpiše vrednost naklona (k) v drugi celici pa vrednost odseka (n), v spodnji vrstici pa pripadajoča standardna odmika (σ k in σ n ). Podrobnejša navodila za uporabo funkcije LINEST najdete na povezavi:

4 Kalorimetrija Ime in priimek: Turnus in skupina: Datum: 1. Naloga Z uporabo kalorimetra določi topilno entalpijo soli v vodi in ionizacijsko entalpijo za reakcijo med kislino in bazo. 2. Osnove Pri procesih, ki potekajo pri stalnem tlaku, je izmerjena reakcijska toplota Q enaka spremembi entalpije sistema H. Za določitev reakcijske toplote oz. entalpije največkrat uporabljamo kalorimeter. Reakcijske toplote ne merimo neposredno, ampak jo določimo posredno z merjenjem spremembe temperature, ki jo povzroči reakcija v toplotno dobro izoliranem kalorimetru. Toploto (- dq), ki se npr. sprosti pri reakciji, zapišemo kot dq =-Cd T = dh p S pri čemer smo z C S označili celotno toplotno kapaciteto kalorimetra z vsebino vred. Z integracijo zgornje enačbe dobimo H = Q =-C T p S Toplotno kapaciteto sistema določamo z električnim gretjem; v sistemu izmerimo dovedeno električno energijo in povišanje temperature. Množino električne energije Q e izračunamo iz enačbe Q = UIt= C T e S e Iz razmerja zadnjih dveh enačb dobimo spremembo entalpije H=-UIt T T e Integralna topilna entalpija t H pri molalni koncentraciji b je reakcijska toplota, ki jo izmerimo, če en mol soli raztopimo v toliko topila, da dobimo raztopino s koncentracijo b. Ker pri vaji ne poznamo molske mase soli, bomo topilno entalpijo izračunali na gram raztopljene soli Q t = p UIt T H =- m m T s s e Ionizacijska toplota vode ( i H) je količina toplote, ki se porabi pri razpadu enega mola molekul vode v vodikove (oksonijeve) in hidroksilne ione. V praksi določimo i H posredno tako, da v kalorimetru zmešamo raztopino močne kisline z raztopino močne baze ter izmerimo povišanje temperature. Nevtralizacijska entalpija ( n H), ki jo na tak način določimo, je enaka ionizacijski entalpiji vode z nasprotnim predznakom. = - UIt T nh ih= n Te kjer je n množina zreagirane kisline oz. baze.

5 3. Skica aparature 4. Meritve a) Pogoji v laboratoriju: p zun. = T = φ = b) topilna entalpija t / min t / s T / C t / min t / s T / C 0:00 0 6:00 (2) 360 0: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :00 (1) 180 9:00 (3) 540 3: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : opombe: (1) reakcija, (2) začetek gretja, (3) konec gretja U = t = I = m s =

6 c) ionizacijska entalpija t / min t / s T / C t / min t / s T / C 0:00 0 6:00 (2) 360 0: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :00 (1) 180 9:00 (3) 540 3: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : opombe: (1) reakcija, (2) začetek gretja, (3) konec gretja U = t = I = m s =

7 5. Računi in grafi - graf 1 : Odvisnost temperature v kalorimetru od časa (topilna entalpija) T = T e = - graf 2: Odvisnost temperature v kalorimetru od časa (ionizacijska entalpija) T = T e =

8 - Izračun topilne entalpije in koncentracije raztopine: th =- UIt T = m T s e γ m s r = = Vr - Izračun ionizacijske entalpije: nh= - UIt T = n T e H= H= i n 6. Ocena napake - topilna entalpija ( th) U I t ms ( T) ( Te) relativna napaka: = = H U I t m T T t s e absolutna napaka: ( th)= rn.. th= - ionizacijska entalpija ( ih) U I t ms ( T) ( Te) relativna napaka: = = H U I t m T T i s e absolutna napaka: ( ih)= rn.. ih= 7. Rezultati -topilna entalpija t H= ( ± ) kj g -1 = kj g -1 (1 ± ) -ionizacijska entalpija H =( ± ) kj i mol-1 = kj mol -1 (1 ± )

9 Parni tlak tekočin in izparilna entalpija Ime in priimek: Turnus in skupina: Datum: 1. Naloga Določi parni tlak tekočine pri različnih temperaturah in izračunaj molsko izparilno entalpijo. 2. Osnove Ravnotežni parni tlak je tlak pare tekočine v parni fazi, ko sta plinska faza in tekoča faza v termodinamskem ravnotežju. Pri segrevanju tekočine narašča tudi njen parni tlak, dokler ta ne postane enak zunanjemu tlaku. Tedaj tekočina zavre; temperatura vrelišča je tako odvisna od zunanjega tlaka. Če to odvisnost eksperimentalno določimo, dobimo odvisnost parnega tlaka od temperature. Zvezo med ravnotežnim parnim tlakom (p) in temperaturo (T) podaja zveza: d p = izph dt T V izp m m kjer je izp H m molska izparilna entalpije tekočine in izp V m. molski volumen pare. Ta je veliko večji od molskega volumna tekočine ( V g m >> V ), pri čemer lahko predpostavimo, da se para obnaša kot l m idealni plin. Obe predpostavki nas pripeljeta do Clausius-Clapeyronove enačbe: d ln p H = dt RT izp m 2 ki ima v integrirani obliki obliko (ob predpostavki, da je entalpija neodvisna od temperature): H 1 1 izp m lnp2 - ln p1= - - R T2 T1 S pomočjo te zveze bomo pri vaji določili izparilno entalpijo. Če narišemo diagram lnp v odvisnosti od 1/T, je naklon premice enak - izp H m /R. Parni tlak tekočine pri različnih temperaturah bomo določali s statično metodo pri kateri bomo uporabili izoteniskop. 3. Skica aparature

10 4. Meritve a) Pogoji v laboratoriju: p zun. = T = φ = b) T nastavljena / C T / C h levi / mm h desni / mm h / mm Računi in grafi T / K p parni / torr 1/T / 10-3 K -1 lnp parni

11 - graf 1 : Odvisnost parnega tlaka tekočine od temperature - graf 2: Odvisnost logaritma parnega tlaka od recipročne vrednosti temperature - Podatki pridobljeni s pomočjo funkcije LINEST v Excelu: k n σ k σ n

12 - Izračun izparilne entalpije: H = k R= izp m 6. Ocena napake absolutna napaka: ( izphm) = σ k R= relativna napaka: ( izphm) = H izp m 7. Rezultat izp H m = ( ± ) kj mol -1 = kj mol -1 (1 ± )

13 Določanje molske mase s krioskopsko metodo Ime in priimek: Turnus in skupina: Datum: 1. Naloga Iz znižanja zmrzišča raztopine določi molsko maso preiskovane snovi. 2. Osnove Če topilu dodamo topljenec, se pri dani temperaturi in tlaku zniža zmrzišče raztopine. Znižanje zmrzišča raztopine je povezano z njeno sestavo takole *2 z T = RT H tal 1 x 2 * kjer je T z zmrzišče čistega topila, talh1 talilna entalpija topila in x 2 molski delež topljenca v raztopini. Slednjega lahko pri nizkih koncentracijah izrazimo z molalnostjo b, kot x 2 = bm 1 in dobimo *2 RTz M1 T = b = Kk b H tal 1 kjer količino K k imenujemo krioskopska konstanta; njena vrednost je odvisna le od lastnosti topila. Iz zadnje enačbe in izraza b = m 2 /m 1 M 2, izpeljemo enačbo za izračun molske mase topljenca M 2 2 k M2 m 1 T = mk 3. Skica aparature

14 4. Meritve a) Pogoji v laboratoriju: p zun. = T = φ = b) m 2 = topilo raztopina T / C t / min t / s T / C t / min t / s 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 0,1 0,0 0,0-0,1-0,1-0,2-0,2-0,3-0,3-0,4-0,4-0,5-0,5-0,6-0,6-0,7-0,7-0,8-0,8-0,9-0,9-1,0-1,0

15 T / C t / min t / s T / C t / min t / s

16 5. Računi in grafi - graf: Ohlajevalna krivulja za topilo in raztopino - Izračun molske mase topljenca: T * z z = T = T = T T = * z z M mk mk m T V T 2 k 2 k 2= = = 1 ρ Ocena napake M2 m2 V1 ( T) relativna napaka: = + + = M m V T absolutna napaka: M2 = rn.. M2= 7. Rezultat M 2 = ( ± ) g mol -1 = g mol -1 (1 ± )

17 Galvanski členi - Napetost in notranja upornost galvanskega člena Ime in priimek: Turnus in skupina: Datum: - Merjenje ph 1. Naloga - Sestavi preprost galvanski člen in s kompenzacijsko metodo določi njegovo napetost in notranjo upornost - Danim vzorcem izmeri vrednosti ph s pomočjo kombinirane steklene elektrode 2. Osnove Galvanski člen je elektrokemijska celica, v kateri spontano poteka kemijska reakcija. Galvanski člen je sestavljen iz dveh elektrod, ki sta potopljeni v raztopini pripadajočih ionov in med seboj povezani z vodnikom. Raztopini povezuje elektrolitski ključ. V galvanskem členu poteka reakcija, za katero lahko pri danem tlaku in temperaturi izračunamo prosto entalpijo iz zveze G r G= zfe X. Napetost galvanskega člena lahko določimo s kompenzacijsko metodo, pri kateri uporabimo električno vezje, ki jo boste narisali v točki skica aparature (a). Bistvo metode je v tem, da damo merjeni napetosti nasproti znano in enako veliko nasprotno napetost. Tako lahko izračunamo napetost galvanskega člena E X kot E X = l X ES l S kjer so E S napetost standarda (etalon napetosti), l X in l S pa dolžini žice, potrebni za kompenzacijo napetosti galvanskega člena in standarda. Če vežemo k prvotnemu električnemu vezju še zunanji upor R Z in stikalo, potem lahko določimo še notranjo upornost galvanskega člena po zvezi R l X N = RZ lx ' 1 kjer je l X ' dolžina žice pri sklenjenem stikalu. Vrednost ph je definirana kot negativni desetiški logaritem aktivnosti ionov H + ( a + ), ki jo izrazimo H a = ( c / c ) γ, kjer sta c + in γ + koncentracija in koeficient aktivnosti ionov H +. V raztopinah o kot H H H H H vrednosti ph najpogosteje določamo z merjenjem napetosti galvanskega člena (E), v katerem smo kot indikatorsko elektroda uporabili stekleno elektrodo. Pri vaji bomo uporabljali kombinirano stekleno elektrodo, ki jo boste narisali v točki skica aparature (b). Pred meritvami instrument za merjenje ph (ph-meter) praviloma umerimo z ustreznimi standardnimi raztopinami (pufri), katerih vrednosti ph so znane. Enačba za izračun vrednosti ph ima obliko RT E = E' ln(10) ph F kjer je E' potencial, ki ustreza pravilni vrednosti ph.

18 3. Skica aparature a) b) 4. Meritve a) Pogoji v laboratoriju: p zun. = T = φ = b) Napetost in notranja upornost galvanskega člena 1. člen: I / ma l X / cm l ' X l S / cm E S = R Z = 2. člen: I / ma l X / cm l ' X l S / cm E S = R Z = c) Merjenje ph ph (vzorec 1) = ph (vzorec 2) =

19 5. Računi a) Napetost in notranja upornost galvanskega člena - Izračun napetosti galvanskega člena: lx 1. EX = ES = l lx 2. EX = ES = l S S - Izračun notranje upornosti galvanskega člena: l X 1. RN = RZ 1 = l X ' l X 2. RN = RZ 1 = l X ' - Tabela izračunov: 1. člen: I / ma E X / V R N / Ω E X R N - Izračun proste entalpije za reakcijo v členu: SKUPNA REAKCIJA V ČLENU: G G= zfe = r X 2. člen: I / ma E X / V R N / Ω E X R N

20 - Izračun proste entalpije za reakcijo v členu: SKUPNA REAKCIJA V ČLENU: G G= zfe = r X 6. Ocena napake a) Napetost in notranja upornost galvanskega člena -absolutna napaka 1. člen: 2. člen: GE X / V GR N / Ω GE X / V GR N / Ω G E = max E E = i X X X G E = max E E = i X X X G R = max R R = i N N N G R = max R R = i N N N GG ( G) = zfg E = r X GG ( G) = zfg E = r X -relativna napaka EX = E X R R N N r = GG ( rg) = G G EX = E X R R N N r = GG ( rg) = G G b) Merjenje ph GpH = 0,05

21 7. Rezultati a) Napetost in notranja upornost galvanskega člena E X = ( ± ) V = V (1 ± ) R N = ( ± ) Ω = Ω (1 ± ) G r G = ( ± ) kj mol -1 = kj mol -1 (1 ± ) b) Merjenje ph vzorec 1: ph = ± = (1 ± ) vzorec 2: ph = ± = (1 ± )

22 Viskoznost in površinska napetost tekočin Ime in priimek: Turnus in skupina: Datum: 1. Naloga a) S pomočjo Cannon-Fenskejevega viskozimetra določi viskoznost tekočin. b) Z manometrično in tenziometrično metodo določi površinsko napetost tekočin. 2. Osnove a) Viskoznost je merilo za medsebojno zaviranje gibajočih se plasti tekočine ali plinov. Če si predstavljamo tekočino med dvema vodoravnima ploščama z medsebojno razdaljo y, potem je sila F potrebna za premik zgornje plošče na tekočini, definirana kot v x F = η S y kjer je S površina plošče in v x hitrost premikanja plošče. Konstanta η je dinamična viskoznost tekočine, ki jo izražamo v Pa s oz. v stari enoti poise P ( P = 1 cp = 1 mpa s). Viskoznost s temperaturo pada, zato mora biti pri merjenju ta stalna. Metod za merjenje viskoznosti je precej, vendar jih je le nekaj pogosteje v rabi. Na vajah bomo spoznali pretok skozi kapilaro, kjer merimo pretočni čas tekočine (t) skozi kapilaro v izbranem viskozimetru. Zveza za izračun viskoznosti ima obliko π η= 8Vl 4 r gh ρt kjer je r polmer kapilare, g težnostni pospešek, h časovno povprečje višinske razlike med površino tekočine v zgornji in spodnji bučki, ρ gostota tekočine, V pa njen pretočen volumen. Da se izognemo težavam, povezanim z natančnim določevanjem količin v enačbi, viskozimeter običajno umerimo s tekočino z znano viskoznostjo η 0 in gostoto ρ 0. Tako dobimo ρ t η= η0 ρ 0t0 kjer sta t 0 in t pretočna časa za obe tekočini. Pogoj za veljavnost zadnje zveze je enak volumen tekočin. b) V tekočini delujejo med molekulami privlačne in odbojne sile. Globoko v notranjosti homogene tekočine delujejo na vsako molekulo sile v vseh smereh enako močno. Drugače pa je na površini tekočine, kjer rezultanta sil na molekule kaže v notranjost tekočine. Navzven se to kaže kot sila na površino tekočine, ki jo imenujemo tudi površinska napetost in jo označujemo z γ. Zaradi te je tlak tik pod površino tekočine različen od tlaka nad površino tekočine. Če ima površina kroglasto obliko je razlika tlakov enaka

23 2γ p= r kjer je r polmer krivinski polmer površine. Metod za določanje površinske napetosti je več, pri čemer bomo na vajah uporabljali manometrično in tenziometrično metodo. Pri manometrični metodi skozi stekleno kapilaro, ki je s spodnjim koncem potopljena v tekočino, sesamo v tekočino zrak in merimo podtlak, ki je potreben za nastanek zračnega mehurčka. Površinsko napetost tekočine, v katero je pomočena kapilara do globine l, izračunamo iz enačbe γ = 1 ( ρ ρ ) 0 2 gr h l kjer je g težnostni pospešek, r polmer kapilare, ρ 0 in ρ gostoti vode in tekočine in h razlika višin vodnih stolpcev na U-manometru, s katerim merimo podtlak. Pri tenziometričnem načinu merimo silo, ki je potrebna, da se kovinski obroček odtrga od površine tekočine, ki ji določamo površinsko napetost. Na tenziometru, s katerim bomo merili površinske napetosti, direktno odčitamo povšinsko napetost v enotah mn m -1. Točnost tenziometra preverimo z vodo, katere povšinsko napetost pri temperaturi merjenja izračunano po zvezi iz skript na strani Skica aparature a) Viskoznost tekočin b) Površinska napetost

24 4. Meritve a) Pogoji v laboratoriju: p zun. = T = φ = b) Viskoznost tekočin viskozimeter 1 viskozimeter 2 voda tekočina 1 voda tekočina 2 ρ 1 = ρ 2 = t t 0 / s t 1 / s t 0 / s t 2 / s ρ (20 C)= HO 2 c) Površinska napetost - manometrični način 1. meritev 2. meritev 3. meritev voda (ρ 0 = ) tekočina 1 (ρ = ) tekočina 2 (ρ = ) l 0 / cm h 0 / cm l / cm h / cm l / cm h / cm - tenziometrični način 1. meritev 2. meritev 3. meritev povprečje voda tekočina 1 tekočina 2 γ / mn m -1

25 5. Računi a) Viskoznost tekočin η ρ t = η0 = ρ 0 t0 η ρ t = η0 = ρ 0 t0 b) Površinska napetost - manometrični način γ 0(H20) = r 2γ gρ ( h l ) 0 = = γ = 1 ( ρ ρ ) = 0 2 gr h l - tabela izračunov Tekočina 1 Tekočina 2 r / mm γ / mn m -1 γ / mn m meritev 2. meritev 3. meritev povprečje r = γ = γ = 6. Ocena napake a) Viskoznost tekočin relativna napaka: η1 t0 t1 max t0 t0 max t1 t1 = + = + = η t t t t η2 t0 t2 max t0 t0 max t2 t2 = + = + = η t t t t absolutna napaka: η1 = rn..xη1 =

26 η = rn..xη = 2 2 b) Površinska napetost - manometrični način absolutna napaka: γ1= max γi γ = γ 1 relativna napaka: = γ γ = max γ γ = 1 2 i γ 2 = γ 2 - tenziometrični način absolutna napaka: γ1= max γi γ = γ 1 relativna napaka: = γ γ = max γ γ = 1 2 i γ 2 = γ 2 7. Rezultati a) Viskoznost tekočin η 1 = ( ± ) cp = cp (1 ± ) η 2 = ( ± ) cp = cp (1 ± ) b) Površinska napetost γ 1 = ( ± ) mn m -1 = mn m -1 (1 ± ) γ 2 = ( ± ) mn m -1 = mn m -1 (1 ± )

27 Adsorpcija Ime in priimek: Turnus in skupina: Datum: 1. Naloga Pri tej vaji bomo raziskali adsorpcijo ocetne kisline na aktivno oglje. 2. Osnove Če pride plin v stik s trdno snovjo, je v ravnotežju koncentracija plinskih molekul tik ob površini vedno večja kot v samem plinu. Ta pojav imenujemo adsorpcija. Snov, ki se adsorbira, imenujemo adsorbat, snov, na kateri se adsorbat se adsorbat adsorbira, pa adsorbent. Adsorpcija plina je spontan proces, zato se prosta entalpija sistema pri tem zmanjša (G ads G < 0). Ker se pri prehodu plina v adsorbirano plast zmanjša število njegovih prostostnih stopenj, pride tudi do znižanja entropije sistema (G ads S < 0). Iz enačbe G adsh=g adsg+ TG adss torej sledi, da mora biti adsorpcija vedno eksotermen pojav (G ads H < 0). Odvisnost množine adsorbiranega plina od tlaka pri konstantni temperaturi predstavimo z adsorpcijsko izotermo, ki jo pogosto zapišemo s Freundlichovo empirično zvezo x ap m = b kjer x/m pomeni množino adsorbiranega plina na enoto mase adsorbenta, a in b sta empirični konstanti, p pa je ravnotežni tlak plina. Za adsorpcijo komponent iz raztopin na površine trdnih adsorbentov veljajo enake splošne zakonitosti kot za adsorpcijo plinov. Zgornjo izotermo lahko tako zapišemo x ac m = b kjer je c ravnotežna koncentracija raztopine v mol/dm 3. Če enačbo logaritmiramo dobimo x/ m a c log log b log 3 mol/g = + mol/g mol/dm Če narišemo odvisnost log(x/m) od logc, dobimo premico z naklonom b, odsek na ordinatni osi pa je enak loga. 3. Skica aparature

28 4. Meritve a) Pogoji v laboratoriju: p zun. = T = φ = b) titracija razt. ocetne kisline (K) z NaOH približna c K / M m oglja / g V K / ml c NaOH / M 1. 0, , , , , ,4 5 0,01 0,1 PRED STRESANJEM 0 V NaOH / ml PO STRESANJU 1 V NaOH / ml 5. Računi in grafi c = ( c V )/ V = 0 0 NaOH NaOH K c= ( c V )/ V = 1 NaOH NaOH K x= ( c c) V = 0 V = 100 ml c 0 / M c / M x / mol x/m /mol g -1 log c log(x/m)

29 graf 1: Adsorpcijska izoterma: odvisnost x/m od c graf 2: Odvisnost log(x/m) od logc - Podatki pridobljeni s pomočjo funkcije LINEST v Excelu: k n k = b = n = loga a = 10 n = σ k σ n

30 6. Ocena napake absolutna napaka: a= ln(10) a σ = b= σ k = relativna napaka: a = a b = b n 7. Rezultat a = ( ± ) mol 1-b L b g -1 = mol 1-b L b g -1 (1 ± ) b = ± = (1 ± )

31 Kemijska kinetika Ime in priimek: Turnus in skupina: Datum: 1. Naloga Proučevali bomo hitrost hidrolize saharoze v glukozo in fruktozo. 2. Osnove Vsaka kemijska reakcija poteka z določeno, od narave snovi in razmer odvisno hitrostjo. Nanjo vplivajo koncentracija, tlak, temperatura, prisotnost katalizatorja in drugo. Reakcijska hitrost (v) je v splošnem odvisna od koncentracije reaktantov in produktov, za enosmerno reakcijo, pri kateri reagira ena sama snov, pa velja sledeča zveza dc v= = kc dt n kjer je c koncentracija reaktanta in k konstanta reakcijske hitrosti. n je red reakcije in je lahko celo število ali ulomek, redko pa je večje od 2. Če je red reakcije enak ena, pravimo, da je reakcija prvega reda, itd. Za reakcijo prvega reda dobimo po preureditvi zgornje enačbe in integraciji ln c 0 c = kt Hidroliza saharoze poteka po enačbi: H + C H O +HO CH O +CH O saharoza glukoza fruktoza Reakcijo katalizirajo ioni H+, zato jo lahko pospešimo z dodatkom kisline. Reakcijo lahko opišemo s hitrostnim zakonom za reakcije prvega reda. Saharoza, glukoza in fruktoza so optične aktivne snovi, kar pomeni da sukajo ravnino polarizacije linearno polarizirane svetlobe. V začetku, ko je v raztopini le saharoza, je raztopina desnosučna, raztopina zmesi glukoze in fruktoze, ki jo dobimo ob zaključku reakcije, pa je levosučna. Potek reakcije lahko zasledujemo tako, da s polarimetrom merimo kot zasuka ravnine linearno polarizirane svetlobe. Enačbo s pomočjo katere bomo določili navidezno konstanto reakcijske hitrosti ima obliko αz αk ln = k' t α α t k kjer sta α z in α k začetni in končni kot zasuka in α t kot zasuka ob času t. 3. Skica aparature

32 4. Meritve a) Pogoji v laboratoriju: p zun. = T = φ = b) 0,5 M HCl 1,0 M HCl c S / M t / min α t / t / min α t / 0,5 M HCl 1. 1,0 M HCl S...saharoza 5. Računi in grafi začetni kot zasuka: α [ αs] z = l cs= T končni kot zasuka: αk l [ αg] [ αf] T λ T ( λ λ) = + c = - tabela izračunov 0,5 M HCl 1,0 M HCl α k = α k = t / min α t -α k / ln(α t -α k ) t / min α t -α k / ln(α t -α k ) S

33 - graf 1: Odvisnost ln(α t - α k ) od časa t - Podatki pridobljeni s pomočjo funkcije LINEST v Excelu: 0,5 M HCl 1,0 M HCl k = k' k = k' σ k σ k

34 6. Ocena napake - absolutna napaka: 0,5 M HCl: k' = σ k = 1,0 M HCl: k' = σ k = - relativna napaka: 0,5 M HCl: 1,0 M HCl: k' = k' k' = k' 7. Rezultati 0,5 M HCl: k' = ( ± ) min -1 = min -1 (1 ± ) 1,0 M HCl: k' = ( ± ) min -1 = min -1 (1 ± )

35 Električna prevodnost raztopin elektrolitov Ime in priimek: Turnus in skupina: Datum: 1. Naloga Izmeri prevodnost močnega in šibkega elektrolita pri več koncentracijah ter obema določi molsko prevodnost pri neskončnem razredčenju Λ ter konstanti A za močen elektrolit in K c za šibek elektrolit. 2. Osnove Elektroliti so snovi, ki so v talini in/ali raztopini prisotni v obliki ionov in prevajajo električni tok. V grobem jih delimo na močne in šibke elektrolite. Močni elektroliti so v vodni raztopini praktično popolnoma disociirani, medtem ko pri šibkih disociacija ni popolna. Električno upornost raztopine R lahko izrazimo kot l R = ρ S kjer je ρ specifična prevodnost raztopine, razmerje l/s pa razmerje, ki ga določa geometrija celice s katero merimo prevodnost raztopine. To razmerje definiramo kot konstanto celice K cel z enoto cm -1. Le-to določamo z raztopino z znano specifično prevodnostjo, ki je običajno vodna raztopina KCl. Zgornjo zvezo lahko zapišemo tudi v recipročni obliki, v kateri definiramo specifično prevodnost κ (=1/ρ). Da lažje primerjamo prispevke različnih elektrolitov k prevodnosti, izražamo κ na enoto koncentracije. Tako definiramo molsko prevodnost Λ κ Λ= c Molska prevodnost močnih elektrolitov pri nizkih koncentracijah pada linearno s korenom koncentracije. To odvisnost imenujemo Kohlrauchev zakon in ima obliko Λ=Λ A c kjer je Λ molska prevodnost pri neskončnem razredčenju in A konstanta, značilna za izbrani elektrolit, topilo in temperaturo. Disociacijo enostavnega 1:1-elektrolita KA v raztopini zapišemo z ravnotežjem KA K + A K c + - (aq) (aq) (aq) za katero lahko zapišemo konstanto ravnotežja K c α c/ c = 1 α 2 O kjer je α stopnja disociacije šibkega elektrolita. Molsko prevodnost šibkega elektrolita lahko zapišemo kot Λ = α Λ. Iz zadnjih dveh enačb izpeljemo izraz za določitev Λ in K c c c 1 Λ 2 Λ = K ( ) O c Λ KcΛ

36 3. Skica aparature 4. Meritve a) Pogoji v laboratoriju: p zun. = T = φ = b) močni elektroliti šibki elektroliti K cel = K cel = c / mol L -1 κ r / ms cm -1 c / mol L -1 κ r / µs cm -1 0,08 0,002 0,04 0,001 0,02 0,0005 0,01 0, ,005 voda 5. Računi in grafi - Izračun molske prevodnosti elektrolita: κr κho 2 Λ= = c - Tabela izračunov za močne elektrolite: c / mol 1/2 dm -3/2 Λ / S dm 2 mol -1

37 - graf 1: Odvisnost molske prevodnosti močnega elektrolita od korena koncentracije raztopine - Podatki pridobljeni s pomočjo funkcije LINEST v Excelu: k n σ k σ n

38 - Tabela izračunov za šibke elektrolite: c / mol L -1 κr κho 2 Λ ( = )/ S dm 2 mol -1 1 c Λ / S-1 dm -2 mol 0,002 0,001 0,0005 0,00025 c Λ / S dm 2 mol -1 O c c - graf 2: Odvisnost Λ od 1 O c Λ za šibke elektrolite - Podatki pridobljeni s pomočjo funkcije LINEST v Excelu: k n σ k k Λ = = n 2 n Kc = = k σ n

39 6. Ocena napake močni elektroliti - absolutna napaka: Λ = σ = σ = A = σ = σ = A Λ k n - relativna napaka: Λ = Λ A = A šibki elektroliti - relativna napaka: σ n σ k Λ n k = + = Λ Kc σn σ = k 2 + = K n k c - absolutna napaka: Λ = r.n. x K c = r.n. x K c = Λ = 7. Rezultati - močni elektroliti Λ = ( ± ) S dm 2 mol -1 = S dm 2 mol -1 (1 ± ) A = ( ± ) S dm 7/2 mol -3/2 = S dm 7/2 mol -3/2 (1 ± ) - šibki elektroliti Λ = ( ± ) S dm 2 mol -1 = S dm 2 mol -1 (1 ± ) K c = ( ± ) = (1 ± )