گزارش کار تعیین گرمای واکنش سود جامد درآب

هدف: تعیین گرمای واکنش سود جامد درآب

ابزار و مواد لازم:

ارلن مایر، استوانه مدرج، همزن، دماسنج، ترازو،  سود جامد، اسید کلریدریک

تئوری آزمایش :

مفهوم ظرفیت گرمایی :
"ژول" با آزمایش نشان داد که هرگاه مقدار معینی از انرژی مکانیکی به گرما تبدیل شود، مقدار گرمای حاصل همیشه یکسان است. بنابراین هم‌ارزی گرما و کار مکانیکی به‌عنوان دو شکل انرژی کاملا محرز است. " هلمهولتز " اولین کسی بود که بوضوح بیان کرد که نه‌تنها گرما و انرژی مکانیکی ، بلکه تمام شکلهای انرژی هم‌ارزند و مقدار معینی از یک شکل انرژی از بین نمی‌رود، مگر آنکه همان مقدار در یکی از شکلهای دیگر انرژی ظاهر شود، بنابراین گرما صورتی از انرژی است.  
حال اگر چنانچه بخواهیم دمای جسمی را به اندازه واحد افزایش دهیم، در این صورت بسته به نوع جسم ، این مقدار گرما متفاوت خواهد بود. کلمه ظرفیت، در ظرفیت گرمایی بویژه گمراه کننده است، چون عبارت مقدار گرمایی را که یک جسم می‌تواند نگه دارد، به یاد می‌آورد که اساسا بی‌معنا است.اصولا می‌توان ظرفیت گرمایی را به‌عنوان یک ثابت تناسب در نظرگرفت، یعنی مقدار گرمای داده شده به یک جسم با تغییر دمای آن جسم متناسب است و با ضرب کردن ظرفیت گرمایی در طرف دوم این رابطه ، رابطه تناسبی به یک تساوی تبدیل می‌شود، یعنی نسبت مقدار انرژی گرمایی که به یک جسم داده می‌شود، بر افزایش دمای متناظر با آن را ظرفیت گرمایی آن جسم می‌گویند به عبارت دیگر نسبت گرمای مبادله شده با سیستم به تغییر دمای ناشی از مبادله گرما را ظرفیت گرمایی می گویند.

هدف: تعیین گرمای واکنش سود جامد درآب

ابزار و مواد لازم:

ارلن مایر، استوانه مدرج، همزن، دماسنج، ترازو،  سود جامد، اسید کلریدریک

تئوری آزمایش :

مفهوم ظرفیت گرمایی :
"ژول" با آزمایش نشان داد که هرگاه مقدار معینی از انرژی مکانیکی به گرما تبدیل شود، مقدار گرمای حاصل همیشه یکسان است. بنابراین هم‌ارزی گرما و کار مکانیکی به‌عنوان دو شکل انرژی کاملا محرز است. " هلمهولتز " اولین کسی بود که بوضوح بیان کرد که نه‌تنها گرما و انرژی مکانیکی ، بلکه تمام شکلهای انرژی هم‌ارزند و مقدار معینی از یک شکل انرژی از بین نمی‌رود، مگر آنکه همان مقدار در یکی از شکلهای دیگر انرژی ظاهر شود، بنابراین گرما صورتی از انرژی است.  
حال اگر چنانچه بخواهیم دمای جسمی را به اندازه واحد افزایش دهیم، در این صورت بسته به نوع جسم ، این مقدار گرما متفاوت خواهد بود. کلمه ظرفیت، در ظرفیت گرمایی بویژه گمراه کننده است، چون عبارت مقدار گرمایی را که یک جسم می‌تواند نگه دارد، به یاد می‌آورد که اساسا بی‌معنا است.اصولا می‌توان ظرفیت گرمایی را به‌عنوان یک ثابت تناسب در نظرگرفت، یعنی مقدار گرمای داده شده به یک جسم با تغییر دمای آن جسم متناسب است و با ضرب کردن ظرفیت گرمایی در طرف دوم این رابطه ، رابطه تناسبی به یک تساوی تبدیل می‌شود، یعنی نسبت مقدار انرژی گرمایی که به یک جسم داده می‌شود، بر افزایش دمای متناظر با آن را ظرفیت گرمایی آن جسم می‌گویند به عبارت دیگر نسبت گرمای مبادله شده با سیستم به تغییر دمای ناشی از مبادله گرما را ظرفیت گرمایی می گویند.
ظرفیت گرمایی واحد جرم یک جسم را ظرفیت گرمایی ویژه آن جسم و ظرفیت گرمایی به ازای یک مول از ماده را ظرفیت گرمایی مولی می گویند. گرما از طریق آثار آن بر جسمی که از آن عبور می کند بررسی می شود. می توان تصور کرد که هر جسم ظرفیتی برای گرما دارد. هر چه در یک جسم تغییر دما به علت انتقال مقدار مشخصی از گرما کم تر باشد، ظرفیت آن بیش تر است. مشکل این است که C را، مانند Q، به جای یک تابع حالت، یک کمیت وابسته به فرایند می کند. انرژی داخلی ماده با افزایش دما زیاد می شود. این افزایش به شرایطی بستگی دارد که گرما داده می شود. ظرفیت گرمایی در حجم ثابت را با CV نمایش می دهند و چنین تعریف می شود:

شکل 1 - با افزایش دما انرژی داخلی سیستم زیاد می شود. در این نمودار تغییرات آن در حجم ثابت نشان داده شده است. شیب نمودار در هر دمایی که به صورت خطوط مماس در A و B نشان داده شده اند ظرفیت گرمایی در حجم ثابت در آن دماست.     توجه کنید که برای سیستم مورد نظر، ظرفیت گرمایی در B                                                                                          بزرگتر از مقدار آن در A است.  

به بیان دیگر گرمای ویژه هر جسم عبارت است از مقدار گرمایی که باید به یک کیلو گرم از آن جسم داده شود تا دمای آن یک درجه سلسیوس افزایش یابد.
گرمای ویژه C = Q/m∆Ө             Q = mC∆Ө

که Q گرمای واکنش، m جرم، C گرمای ویژه، ∆Ө اختلاف دما  می باشد.


شرح آزمایش :
در این آزمایش می خواهیم با استفاده از رابطه فوق میزان گرمای واکنش را برای حالت های زیر مشخص کنیم:
1- تعیین گرمای واکنش سود جامد در آب.
2- تعیین گرمای واکنش سود جامد در محلول اسید کلریدریک.
3- تعیین گرمای خنثی شدن محلول سود در محلول اسید کلریدریک.
برای این منظور ابتدا قبل از مخلوط کردن مواد، دمای معمولی آب و نیز محلول اسید کلریدریک را با دماسنج اندازه می گیریم سپس وزن50 cc  از هر کدام را توسط ترازو اندازه می گیریم و سپس دمای واکنش سود با آب و محلول اسید کلریدریک را به طور جداگانه و نیز دمای حاصل از واکنش محلول سود در محلول اسیدکلریدریک را اندازه گیری کرده و با استفاده از رابطه، گرمای حاصل از واکنش در هر حالت را بدست می آوریم.
Cشیشه = 0.2 cal/gr 0C                 Cمحلول = 1 cal/gr 0C
محاسبات:

1- تعیین گرمای واکنش سود جامد در آب :
(دمای آب) T1 = 27  0C
                                                      ∆T = 4 0C
(دمای آب + سود) T2 = 31 0C


ارلن m = 126.5 gr
                                         آب m = 174.8 – 126.5 = 48.3 gr  
ارلن+آب m =174.8 gr
Q = ∆T (mcارلن + mcآب) = 4 0C (126.5gr× 0.2 cal/gr + 48.3 gr × 1 cal/gr)

Q = 294.4 cal


2- تعیین گرمای واکنش سود جامد در محلول اسید کلریدریک :


(دمای اسید) T1 = 26.5  0C
                                                      ∆T = 4 0C
(دمای اسید + سود) T2 = 30.5 0C

 
ارلن m = 126.5 gr
                                             اسید m = 176.7 – 126.5 = 50.2 gr  
ارلن+اسید m =176.7 gr
 

Q = ∆T (mcاسید + mcسود+ mcارلن) = 4 0C (50.2gr× 1+ (1× 1) + 126.5× 0.2)

Q = 306 cal
 
3- تعیین گرمای خنثی شدن محلول سود در محلول اسید کلریدریک :


 T1 =25.5   0C
                                            ∆T = 2 0C
T2 = 27.5   0C

 
ارلن m = 126.5 gr
                                             اسید m = 176.7 – 126.5 = 50.2 gr  
 سودm =  50.49gr
 

Q = ∆T (mcاسید + mcسود+ mcآب) = 2 0C (50.2gr× 1+ (50.49× 1) + 126.5× 0.2)

Q = 251.98 cal
نتیجه گیری:

از این آزمایش می توان نتیجه گرفت که هر چه ظرفیت گرمایی یک ماده بیشتر باشد، آن جسم دیرتر گرم شده و وقتی گرم شد دیرتر سرد می شود که مقدار آن ثابت بوده واین امر برمقدار گرمای واکنش تاثیر گذار است.


منابع خطا:


•    خطا در نشان دادن اعداد و ارقام توسط  دما سنج و خطا در خواندن آنها. 
•    عدم اندازه گیری دما بلا فاصله پس از واکنش که در اثرافت دمای واکنش خطا در اندازه گیری دما بوجود می آید.

منابع و ماخذ:

•    کتاب شیمی فیزیک / اتکینز / غ- پارسافر و جلد اول: ترمودینامیک  محمد مهدی منتظر رحمتی