Laboratorieoppgave 1: Partielle molare volum

Transkript

1 Laboratorieoppgave 1: Partielle molare volum Åge Johansen Ole Håvik Bjørkedal 30. januar 2015 Sammendrag Rapporten omhandler hvordan partielle molare volum varierer med molfraksjonen Innhold 1 Innledning 2 2 Eksperimentelt Partielle molare volum som funksjon av molfraksjonen av aceton 2 3 Resultater Tettheten til aceton Molare volum av ren komponent Antall mol av hver komponent i pyknometeret Molfraksjon av hver komponent Partielle molare volum til blandingen Plott av endingen i molart volum ved blanding Partielle molare volum som funksjon av molfraksjonen av aceton Beregning av partielle molare volum av ren komponent Konklusjon 7 A Symbolliste 7 B Måleresultater 8

2 KJ1042- Åge Johansen og Ole H. Bjørkedal - Side 2 1 Innledning Ved blanding av to eller ere ulike væsker vil det totale volumet avvike fra en tilsvarende blanding av to like komponenter (Ideell blanding). Dette kommer av tiltrekkende og frastøtende krefter mellom stoene, og avhenger av komponenter og blandingsforhold. Målet for dette forsøket er å bestemme det partielle molare volumet for aceton og vann som funksjon av sammensetning. 2 Eksperimentelt Et pyknometer er en liten glasskolbe med en kork som har et lite hull i seg. Når pyknometeret fylles, vil væskeoverskudd gå ut gjennom hullet i korken, og det totale volumet i pyknometeret holder seg konstant for hver fylling. To pyknometre ble kalibrert med vann. De tomme pyknometrene ble først veid, så fylt med vann og veid igjen. Tettheten til vann ble funnet i litteratur.?? Ti ulike blandinger av vann og aceton ble preparert, og vekt av disse ble bestemt når prøvene var fullstendig blandet og romtempererte. 2.1 Partielle molare volum som funksjon av molfraksjonen av aceton V 1 og V 2 ble funnet ved å kombinere 1 og 2. mix V m = (V 1 V 1 ) + x 2 [(V 2 V 2 ) (V 1 V 1 ) (1) d mix V m dx 2 Fra dette ble følgende uttrykk for V 1 (x 2 ) og V 2 (x 2 ): = (V 2 V 2 ) (V 1 V 1 ) (2) V 1 = V 2 V 2 + V 1 d mixv m dx 2 (3) V 2 = mix V m + x 2 d mixv m dx 2 d mixv m dx 2 + V 2 (4)

3 KJ1042- Åge Johansen og Ole H. Bjørkedal - Side 3 3 Resultater 3.1 Tettheten til aceton Ved å bestemme de eksakte volumene og vektene til pyknometerne og deretter veie pyknometerne med ren aceton kan man nne tettheten til aceton etter formelen. ρ aceton = w aceton V pyknometer ρ aceton = 3.2 Molare volum av ren komponent 8, 21 10, 57 = 0, 776g/cm3 (5) Molare volum av ren komponent ble bergnet ut i fra tettheten til ren komponent. V m = 1 ρ m (6) Dette ga verdier for vann og aceton: V vann = 18, 03 V aceton = 74, Antall mol av hver komponent i pyknometeret Antall mol av gitt komponent ved blandinger følger formel; og; n vann = n aceton = kw Vvann(kρ vann + ρ aceton ) W Vaceton(kρ vann + ρ aceton ) og ρ er tett- der W er blandingens totale masse, k er volumforholdet Vvann heten til henholdvis vann og aceton. 3.4 Molfraksjon av hver komponent Molfraksjonen av hver komponent er gitt som; V aceton (7) (8) og x vann = x aceton = n vann n vann + n aceton (9) n aceton n aceton + n vann (10)

4 KJ1042- Åge Johansen og Ole H. Bjørkedal - Side Partielle molare volum til blandingen Partielle molare volum V m ble regnet ut ved å bruke formelen; V m = V 1 +V 2 2 n vann + n aceton (11) Der V 1 og V 2 står for volumet til hvert av pyknometerene. Gjennomsnitt ble brukt for å minimalisere variasjoner i veiinger. Dersom blandingen hadde vært en ideell blanding ville den fulgt formelen: V unmix = x vann V vann + x aceton V aceton (12) 3.6 Plott av endingen i molart volum ved blanding Ved å blotte dieransen mellom reell og ideell blanding mot molfraksjonen til den ene komponenten får man en kurve som ved ideell blanding ville vært en rett linje. Figur 1: Grafen viser forskjellen mellom de partielle molare volumene til ideell og reell blanding

5 KJ1042- Åge Johansen og Ole H. Bjørkedal - Side Partielle molare volum som funksjon av molfraksjonen av aceton Figur 2: Grafen viser det partielle molare volumet av vann plottet mot molfraksjonen av aceton Figur 3: Grafen viser det partielle molare volumet av aceton plottet mot molfraksjonen av aceton

6 KJ1042- Åge Johansen og Ole H. Bjørkedal - Side 6 Derson man ser på gur 2 og gur 3 ser man at grafene er speilvendte av hverandre. 3.8 Beregning av partielle molare volum av ren komponent Ved å bruke regresjonsverktøy på grafene i gur 2 og gur 3 blir uttrykkene for V vann og V aceton. V vann (x aceton ) = 0, 37x 3 5, 65x 2 0, 18x + 18, 064 (13) V vann = V vann (x aceton = 0) = 18, 06cm 3 /mol V aceton (x aceton ) = 0, 37x 3 5, 65x , 20x + 68, 183 (14) V aceton = V aceton (x aceton = 0) = 68, 18cm 3 /mol

7 KJ1042- Åge Johansen og Ole H. Bjørkedal - Side 7 4 Konklusjon Fra resultatene nnes det at sammenhengen mellom reell og ideell blanding er: mix V m (x 2 ) = 6, 1892 x 2 2 6, 3871 x 2 + 0, 0258 (15) Partielle molare volum som funksjon av sammensetning ble bestemt til: V 1 (x 2 ) = 0, 3749x 3 2 5, 6561x 2 2 0, 1771x , 064 (16) V 2 (x 2 ) = 0, 3749x 3 2 5, 6561x , 201x , 183 (17) Fra grafene kan det sees at disse kurvene er speilbilder av hverandre. A Symbolliste Tabell 1: Symboler brukt i rapporten Symbol Enhet Beskrivelse ρ i g/cm 3 Tettheten til en gitt komponent w i g Vekten til en gitt komponent W g Vekten til den totale blandingen V i cm 3 Volumet til en gitt komponent k 1 Volumforhold mellom komponentene n i mol Antall mol av en gitt komponent Vm cm 3 /mol Molart volum til en gitt komponent x i 1 Molfraksjon til av en gitt komponent V unmix cm 3 /mol Molfraksjon dersom ideell blanding

8 KJ1042- Åge Johansen og Ole H. Bjørkedal - Side 8 B Måleresultater Tabell 2: Tabellen viser at vekten av pyknometerne endres ved forskjellig konsentrasjon av vann og aceton Måling # volum vann volum aceton Nettovekt pyknometer 1 Nettovekt pyknometer , , , , , , , , ,005 9, ,8623 9, ,7202 9, ,4965 9, ,067 9, ,8213 8, ,394 8, ,2081 8,1569

9 KJ1042- Åge Johansen og Ole H. Bjørkedal - Side 9 Tabell 3: Tabellen viser hvordan antall mol og molfraksjonen av hver komponent varierer med målingene Måling # mol vann (n 1 ) mol aceton (n 2 ) x 1 x 2 0 0,5771 0,0000 1,0000 0, ,5596 0,0047 0,9917 0, ,4901 0,0237 0,9539 0, ,4544 0,0335 0,9314 0, ,3987 0,0482 0,8921 0, ,3595 0,0580 0,8611 0, ,3024 0,0732 0,8052 0, ,2421 0,0879 0,7338 0, ,1408 0,1119 0,5572 0, ,0999 0,1208 0,4526 0, ,0197 0,1382 0,1248 0, ,0000 0,1408 0,0000 1,0000 Tabell 4: Tabellen viser hvordan det de reelle molare volumene avviker fra de ideelle. Tabellen viser også hvordan de partielle molare volumene til hver komponent endres ved konsentrajonen Måling # V m V unmix mix V m V m,aceton V m,vann 0 18,030 18,030 0,000 68,148 18, ,592 18,497 0,094 68,397 18, ,416 20,638-0,221 68,767 18, ,504 21,905-0,401 68,976 18, ,472 24,127-0,655 69,375 17, ,126 25,877-0,751 69,765 17, ,932 29,036-1,104 70,230 17, ,791 33,074-1,283 70,984 17, ,513 43,053-1,540 72,491 16, ,539 48,962-1,422 73,289 16, ,422 67,486-1,064 74,027 13, ,489 74,536-0,047 74,489 11,992

10 KJ1042- Åge Johansen og Ole H. Bjørkedal - Side 10 Referanser [1] Kjelstrup, Signe Prosjekter i fysikalsk kjemi grunnkurs, 7. utgave; Tapir akademiske forlag, 2011 [2] Aylward, G. m.. SI Chemical Data, 6th ed. ; Wiley, Australia, 2008 [3] Lide, D. R., Ed. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 89th ed.; CRC Press, Boca Raton, FL, USA, 2009 Ole Håvik Bjørkedal Trondheim, 30. januar 2015 Åge Johansen Trondheim, 30. januar 2015