لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل :  word (..doc) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )
تعداد صفحه : ۷۳ صفحه

 قسمتی از متن word (..doc) : 
 

‏دستور کار آزمایشگاه شیمی فیزیک ـ تج‏ز‏ی‏ه ‏ ‏ ?‏ ۱
‏آزمایش ۱:
‏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 (۱)
H=E+PV
(۲) → dH=dE+PdV+VdP → dH=T.dS-PdV+PdV+VdP
dH=T.dS+VdP
G=H-TS
(۲) → dG=dH-TdS → dG=TdS+VdP-TdS-SdT
dG=VdP-SdT (۳)
‏با توجه به اینکه G‏ تابعی است که دیفرانسیل آن کامل می‏‌‏باشد، می‏‌‏توان رابطه زیر را نوشت:
dG=()TdP+()PdT
()T=V (۴)
()S=-S (۵)
‏چون آنتروپی هر ماده‏‌‏ای مثبت است، در این صورت علامت منفی در رابطه (۵) ‏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 (۴)، ‏افزایش فشار در درجه حرارت ثابت سبب افزایش ‏انرژی آزاد می‏‌‏شود. انرژی آزاد ‏یک ماده خالص را می‏‌‏توان ‏با انتگرال معادله (۳) در درجه ‏حرارت ‏ثابت ‏و فشار یک اتمسفر برای هر فشار دیگری مانند P‏ بدست آورد.
‏دستور کار آزمایشگاه شیمی فیزیک ـ تج‏ز‏ی‏ه ‏ ‏ ?‏ ۲
‏در نتیجه داریم:
dG=VdP
(۶)
‏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 (۶) را بصورت زیر نوشت:
G(T,P)=Go(T)+V(P-۱) (۷)
‏چون حجم مایعات و جامدات کم است، رابطه (‏۷) ‏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 (۶) ‏برای یک باز ایده‏‌‏آل داریم:
G=Go(T)+(nRT/P)dP
G/n=Go(T)/n)+(RT/P)dP
G/n=Go(T)/n+RT۱n(P(atm)/۱(atm)) (۹)
‏با توجه به ‏اینکه پتانسیل شیمیایی، (μ‏) برابر انرژی آزاد مولی، یعنی G/n‏ است. از رابطه (۹) نتیجه می‏‌‏شود:
μV= μoV(T)+RTlnP (۱۰)
‏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:
μA۱= μBV (۱۱)
‏با قرار دادن ‏رابطه (۱۱) در رابطه (۱۰)، خواهیم داشت:
μA۱= μoAV(T)+RTLnPA (۱۲)
‏اگر فاز مایع یک محلولی ایده‏‌‏آل باشد، طبق قانون رائول می‏‌‏توان نوشت:
PA=PoA.XA (۱۳)
‏که‏ در این رابطه PA‏ فشار بخار A, XA‏ مول جزئی در فاز مایع‏ است، از قرار دادن معادله ‏(۱۳) در معادله (۱۲) داریم:
‏دستور کار آزمایشگاه شیمی فیزیک ـ تج‏ز‏ی‏ه ‏ ‏ ?‏ ۳
μA۱= μoAV +RT۱n(PAo.XA)= μoAV+RTlnPoA+RTlnXA (۱۴)
‏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 (۱۵)
‏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 (۱۶)
‏با قراردادن‏ ‏انرژی آزاد مولی به جای پتانسیل شیمیایی در رابطه (۱۶):
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 (۱۶):
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:
‏دستور کار آزمایشگاه شیمی فیزیک ـ تج‏ز‏ی‏ه ‏ ‏ ?‏ ۴
‏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 ۱/T‏ ‏رسم کرد ه و از موازی بودن و نز‏دیک بودن دو منحنی تجربی و تئوری، ایده‏‌‏آل بودن محلول را می‏‌‏توان تحقیق‏ نمود.
‏روش کار:
‏ابتدا مقدار ۵ گرم ‏نفتالین را به دقت وزن کرده و در یک محلول آزمایش تمیز و خشک بریزید. توسط یک پی‏‌‏پت مدرج ‏۲ میلی‏‌‏لیتر بنزن به محتوی داخل لوله آزمایش بریزید (برای برداشت بنزن به هیچ‏‌‏وجه ‏پی‏‌‏پت را نمکید‏). سپس لوله آزمایش را داخل ‏بشر آب گرم قرار داده ‏و با یک دماسنج ‏(۰-۱۰۰oC‏) ‏محتوی آن را به هم بزنید تا تمام نفتالین ذوب شده و یک محلول کدر ش‏ود (ذرات جامد نفتالین ظاهر شود). در این حال درجه کدر شدن (درجه حرارت اشباع محلول ۵ گرم نفتالین در ۲ میلی‏‌‏لیتر بنزن) ‏یادداشت کنید (t۱‏) ‏مجدداً به محتوی لوله آزمایش توسط پی‏‌‏پت مدرج ۱ میلی‏‌‏لیتر بنزن اضافه کنید.
‏لوله آزمایش را داخل بشر آب گرم قرار داده، محلول را به هم بزنید تا کاملاً شفاف شود. سپس لوله آزمایش را از داخل بشر بیرون آورده، به هم زده، به محض کدرشدن ‏محلول، درجه حرارت ‏کدورات را یادداشت کنید (t۲‏)‏ (درجه حرارت اشباع محلول ۵ گرم نفتالین در ۳ میلی‏‌‏لیتر بنزن) ‏تجربه سوم را مثل ‏دو تجزیه دیگر به ازای افزایش ۱ میلی‏‌‏لیتر بنزن انجام دهید و درجه حرارت اشباع محلول ۵ گرم ‏نفتالین را در ۴ میلی‏‌‏لیتر بنزن یادداشت کنید (t۳‏). تجربه‏‌‏های ۴.۵.۶.۷ را مانند تجربه‏‌‏های قبل هر بار به ازای افزایش ۱ میلی‏‌‏لیتر بنزن ‏انجام دهید و درجه حرارت کدورات را در هر تجربه بدست آورید.