Laboratorieoppgave 3: Fordampingsentalpi til sykloheksan Åge Johansen agej@stud.ntnu.no Ole Håvik Bjørkedal olehb@stud.ntnu.no Gruppe 60 17. mars 2013
Sammendrag Rapporten omhandler hvordan fordampningsentalpien til sykloheksan endres ved forskjellig trykk og temperatur. Forsøket ble utført ved å gjøre trykk- og temperaturmålinger på en gass-/væskelikevekt. Fordampningsentalpien ble bestemt til 26, 1 ± 4, 0kJ/mol. Innhold 1 Innledning 4 2 Eksperimentelt 4 3 Resultater 4 4 Konklusjon 5 A Måleresultater og konstanter 6 B Beregning av usikkerhet 7 B.1 Generell usikkerhetsberegning.................. 7 B.2 Utregning............................. 7
KJ1042- Åge Johansen og Ole H. Bjørkedal - Side 4 1 Innledning Målet for dette forsøket var å nne fordampningsentalpien ( vap H) til sykloheksan ved å gjøre målinger med forskjellige trykk og temperatur. Ut i fra den termodynamiske grunnligningen kan man utlede et uttrykk for denne sammenhengen. Fordampningsentalpien vil normalt variere lite over et temperaturintervall, noe som gjør at den kan bestemmes ved bruk av lineær regresjon. 2 Eksperimentelt Et kapillærrør ble fylt med sykloheksan, det ble laget en liten luftboble i kapillærrøret som deretter ble festet i apparaturen, se gur 3.1 s.39 i labkompendiet [1]. Et større rør ble fylt med sykloheksan slik at væskefronten sto ca 3 cm over åpningen til kapilærrøret. Denne ble festet for å lukke systemet. Trykket ble redusert til ca. 120 mbar, da begynte sykloheksan å koke. Ved å la sykloheksanen koke ble kapilærrøret tømt for væske. Disse ble avlest når systemet var i likevekt, det vil si når de to væskefrontene hadde samme høyde. Trykk og temperatur ble så regulert, Trykket i systemet ble regulert ved å forsiktig åpne og lukke en ventil som var koblet til en vakumpumpe. Temperaturen ble regulert ved å slå på varme i vannbadet. Det ble gjort re målinger ved forskjellige trykk og temperatur for å sikre godt datagrunnlag. 3 Resultater For å beregne fordampningentalpien omformes Clausius-Clapeyrons ligning til: ln(p) = vaph + K (3.1) RT 1 Deretter plottes mot ln(p). Se gur 1. Fordampningsentalpien vil være RT det negative stigningstallet til grafen, som ble funnet ved lineær regresjon. Feilskrankene kan leses av i tabell 1. Legg merke til at feilskranken i trykk er utgjør en så liten del at de ikke tegnes i grafen. Utrykket for den lineære trendlinjen kan leses av i gur 1: y(x) = 26174x + 20, 267 (3.2) Ved bruk av regresjonsverktøyet i Excel ble fordampningsentalpien bestemt med to standardavvik gitt som: vap H = 26, 1 ± 4, 0kJ/mol
ln(p) KJ1042- Åge Johansen og Ole H. Bjørkedal - Side 5 10,2 9,95 9,7 y = -26174x + 20,267 9,45 9,2 3,850E-04 3,950E-04 4,050E-04 4,150E-04 1/RT Figur 1: Grafen viser 1/RT plottet mot ln(p), inklusive vertikale og horisontale feilskranker. Stigningstallet til regresjonen, y(x) er fordampningsentalpien. Litteraturverdien [2] for fordampningsentalpien til sykloheksan er: vap H = 33kJ/mol Det målte resultatet samsvarer dårlig med litteraturverdien. 4 Konklusjon Prosentvis avvik : (1 26, 1kJ/mol ) 100% = 21% (3.3) 33kJ/mol Resultatet stemte dårlig overens med literaturverdien og ga et avvik på 21%. Dette ligger også utenfor usikkerhetsskrankene som ble funnet. Dette store avviket kommer sannsynligvis fra få målepunkter og unøyaktighet i målingene på grunn av problemer med utstyret. Forsøket burde vært utført med ere målinger for å få et bedre resultat. Symbolliste Referanser [1] Kjelstrup, Signe Prosjekter i fysikalsk kjemi grunnkurs, 7. utgave; Tapir akademiske forlag, 2011
KJ1042- Åge Johansen og Ole H. Bjørkedal - Side 6 Symbol Enhet Beskrivelse T C Temperatur i celsius p P a Trykk i pascal R J/Kmol Gasskonstanten vap H J/mol Fordampningsentalpien [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, 17. mars 2013 Åge Johansen Trondheim, 17. mars 2013 A Måleresultater og konstanter I tabell 1 har måleverdiene blitt regnet om til verdiene som skulle plottes. Usikkerheten i til begge komponentene ble regnet ut fra Gauss usikkerhetsrelasjon (Se vedlegg B for utregning)
KJ1042- Åge Johansen og Ole H. Bjørkedal - Side 7 Måling # 1/RT ln(p) S ln(p) S 1/RT 1 4,1 10 4 9,43 0,008 5,9 10 7 2 4,0 10 4 9,66 0,006 5,6 10 7 3 4,0 10 4 9,74 0,006 5,6 10 7 4 3,9 10 4 10,09 0,004 5,2 10 7 Tabell 1: Tabellen viser verdiene brukt i plottet inkludert usikkerheter Variabel Usikkerhet T [ C] 0,05 p [P a] 100 Tabell 2: Tabellen viser oppgitte usikkerheter B Beregning av usikkerhet B.1 Generell usikkerhetsberegning Generelt blir usikkerheten regnet ut med Gauss feilforplantningslov som er gitt ved s y = n ( δf ) δx 2 s 2 x i (B.1) i B.2 Utregning i=1 I dette forsøket er det kun usikkerhet i temperaturen og i trykket. For hver av disse parameterene gir ligning B.1. s 1/RT = ( δ δt 1 T )2 s 2 T = 1 RT s 2 T (B.2) s lnp = ( δlnp δp )2 s 2 p = 1 p s p (B.3)
KJ1042- Åge Johansen og Ole H. Bjørkedal - Side 8 Referanser [1] Kjelstrup, Signe Prosjekter i fysikalsk kjemi grunnkurs, 7. utgave; Tapir akademiske forlag, 2012 [2] Aylward, G. m.. SI Chemical Data, 6th ed. ; Wiley, Australia, 2008