مناقشة عن تقرير تعيين درجة الغليان؟
مناقشة عن تقرير تعيين درجة الغليان، هو ما نسعى الى التكلم عنه اليوم بشكل مختلف وعميق من اجل الوصول إلى أكثر استفادة لزوار موقعنا الكرام.
مناقشة عن تقرير تعيين درجة الغليان:
الغرض من التجربة :. : دراسة العلاقة بين درجة غليان الإيثانول (C2H5OH) والضغط الخارجي وتحديد حرارة تبخّر الإيثانول.
التجربة الثانية
درجة الغليان
Boiling point
النظرية:.
هي الدرجة الحرارية التي يتحول فيها السائل الى بخار و عندها يكون الظغط البخاري للسائل مساوياً للظغط الجوي الخارجي و تعتمد درجة الغليان على الظغط الخارجي فيجب عند تسجيل درجة الغليان ذكر الظغط الخارجي فمثلاً درجة الغليان(152)5م (272ملم) من الزئبق و يستدل على نقاوة المادة السائلة بدرجة غليانه و تعتبر درجة الغليان من الثوابت الفيزيائية التي تحدد هوية السوائل و بعض المواد الصلبة ذات درجات الانصهار المنخفظة.
ان جزيئات السائل في حالة حركة دائمية وعندما تقترب من سطح السائل يكون بأمكان بعض هذه الجزيئات ان تهرب الى الفضاء فوق سطح السائل.تصور سائلاً في اناء مغلق خالٍ من الهواء ستتبخر بعض جزيئات السائل الى الفراغ في الأناء و يزداد عدد الجزيئات في الحالة الغازية باستمرار حتى تتساوى سرعة رجوع الجزيئات الى السائل مع سرعة هروبه منه. ان سرعة رجوع الجزيئات الى السائل تتناسب مع عدد الجزيئات في الحالة الغازية. وفي هذه الحالة لا يحدث اي تغير في النظام(نظام الغاز – السائل)
ويقال بأن السائل في الأناء والغاز فوقه في حالة توازن ديناميكي.
والآن تصور سائلاً في اناء مفتوح في درجة حرارة معينة تلاحظ ان بعض جزيئات السائل تهرب إلى خارج الأناء فالضغط فوق سطح السائل يتألف من ضغط جزيئات الهواء و ضغط جزيئات بخار السائل.
فالضغط الكلي فوق سطح السائل حسب قانون دالتون للضغط الجزيئي يساوي مجموع الضغوط الجزيئية لبخار السائل و الهواء
الضغط الكلي = مـ (بخار السائل) + ض (الهواء)
ان الضغط الجزيئي للسائل يساوي الضغط البخاري للسائل في حالة التوازن في درجة الحرارة المعنية.فأذا رفعنا درجة حرارة السائل فأن ضغطه البخاري يزداد ويزداد عدد جزيئات السائل في الفراغ فوق سطح السائل ,وبذلك تزاح بعض جزيئات الهواء و في درجات الحرارة العالية يؤلف الضغط الجزئي للسائل نسبة عالية من الضغط الكلي و تزداد هذه النسبة كلما ارتفعت درجة الحرارة حتى يتساوى الضغط البخاري في حالة التوازن مع الضغط الخارجي وفي هذه الحالة تكون جزيئات الهواء فد ازيحة كلياً من الاناء.ان هذه الحقائق تدعو الى الاستنتاج بأن لضغط بخار السائل في حالة التوازن حد اعلى يفرضه الضغط الخارجي فوق السائل وفي هذه الحالة فأن سرعة التبخر تزداد الى درجة كبيرة ويقال بأن السائل في حالة غليان و عرفنا بان الدرجة الحرارية التي يتساوى عندها الضغط الخارجي مع ضغط بخار السائل هي درجة الغليان.و درجة الغليان تستخدم للتمييز بين السوائل العضوية التي لها نفس الحجم و اللون و الرائحة فأن السوائل العضوية و ان تشابهت فيما بينها ببعض الصفات فانها تختلف فيما بينها بدرجة الغليان.
المواد و الأدوات المستخدمة:.
انبوبة شعرية – انبوبة غليان عريضة – محرار – حلقة مطاطية – حمام تسخين – البرافين السائل.
طريقة العمل(Method):.
نستخدم في هذه التجربة انبوبتين مسدودتين من طرف واحد الاولى شعرية اعتيادية كالتي تستخدم لتعيين درجة الانصهار للمادة الصلبة و الثانية انبوبة عريضة توضع فيها كمية من السائل المراد قياس درجة غليانه تدخل الانبوبة الشعرية في السائل بحيث تكون النهاية المسدودة إلى الاعلى اي توضع الأنبوبة الشعرية بشكل مقلوب ليتم تساوي الضغط البخاري للسائل مع الضغط الجوي تربط الانبوبة العرضة الى ساق محرار بحلقة مطاطية, يغمر المحرار مع ملحقاته في الحمام الزيتي (البرافين) و عند بدء التسخين سوف تتحرر فقاعات ببطئ من نهاية الأنبوبة الشعرية المغمورة في السائل وعند وصول السائل الى درجة غليانه نلاحظ خروج الفقاعات وفي اللحظة التي ينقطع فيها خروج الفقاعات كلياً بيدأ السائل بالارتفاع داخل الأنبوبة الشعرية ثم نسجل حرارة المحرار و هي درجة غليان السائل.
المناقشة:.
ماهي العلاقة بين درجة غليان الإيثانول (C2H5OH) والضغط الخارجي وتحديد حرارة تبخّر الإيثانول.
لو وضعنا سائلاً في وعاءٍ مغلق (نظام مغلق، closed system) فإنّه سرعان ما يصل إلى حالة الاتّزان حيث تكون سرعة التبخّر (evaporation) مساوية لسرعة التكثّف (condensation) ويصبح بذلك ضغط بخار (vapor pressure) هذا السائل ثابتاً.
يمكننا تعريف ثابت اتّزان لعمليّة الانتقال (transition) سائل-بخار (liquid-vapor) أعلاه على النحو التالي:
A(l) D A(g)
ويكون ثابت الاتّزان K=pv,A. في حالة الاتّزان هذه يكون الجهد الكيميائي (chemical potential) للجزيئات في الحالة السائلة ( ) مساوياً للجهد الكيميائي للجزيئات في الحالة الغازيّة ( ).
…………..(1)
المعادلة الأخيرة بصورتيها تُسمّى معادلة كلاوزيويس (Clausius) ويمكن تطبيقها على أيّ طورين نقيّين في حالة اتّزان، وهي تبيّن العلاقة بين درجة الحرارة التي يحدث عندها الانتقال وبين الضغط الخارجي. سنحاول الآن حلّ معادلة كلاوزيويس للانتقال سائل-غاز. نتذكّر أنّ
vap حرارة التبخّر وهي الفرق بين المحتوى الحراري لواحد مول من المادّة في الحالة البخاريّة (Hm,g) والمحتوى الحراري لواحد مول من المادّة في الحالة السائلة (Hm,l)، أمّا Teq فهي درجة الحرارة التي يكون عندها الاتّزان. ولنتمكّن بعد ذلك من حلّ المعادلة نقوم بالتقريبات (approximations) التالية:حيث تمثّل H
1. يتمّ إهمال حجم المادّة في الحالة السائلة ( ) مقابل حجمها في الحالة الغازيّة ( ). وهذا تقريب منطقي معقول، ولتعرف مدى معقوليّة هذا التقريب قارن بين حجم واحد مول من الماء عند درجة حرارة الغرفة وواحد مول من بخار الماء عند نفس الحرارة وتحت ضغط جوّي مقداره 1 .
2. نعتبر أنّ البخار (المادّة في الحالة الغازيّة) هو غاز مثالي، وبالتالي ينطبق عليه قانون الغاز المثالي.
3. نعتبر أنّ حرارة التبخّر لا تعتمد على درجة الحرارة.
بإدخال هذه التقريبات تصبح معادلة كلاوزيويس على النحو التالي:
…….(2)
vap) دائماً موجبة، وعليه فإنّ أيّة زيادة في درجة الحرارة –حسب معادلة كلاوزيوس-كلابيرون- يصاحبها ارتفاع في الضغط البخاري للسائل، وهو أمر محسوس من الناحية العمليّة ومألوف لنا حيث ترتفع الرطوبة في أيّام الصيف عند البحر نتيجة الزيادة في تبخّر الماء.المعادلة الأخيرة (بصورتيها بالتكامل المحدود واللامحدود) تُسمّى معادلة كلاوزيوس-كلابيرون (Clausius-Clapeyron equation)، وهي تُعطي العلاقة بين درجة حرارة السائل النقي (T) وضغطه البخاري (pv)، و pv,2 هو الضغط البخاري عند درجة الحرارة T2 وpv,1 هو الضغط البخاري عند درجة الحرارة T1. وحيث أنّ التبخّر عمليّة ماصّة للحرارة (endothermic) فإنّ حرارة التبخّر (H
لنتذكّر الآن أنّه عند درجة الغليان (Tb) يكون الضغط البخاري (pv) للسائل مساوياً للضغط الخارجي (patm)، أيْ أنّ
وبإدخال هذه الحقيقة في معادلة كلاوزيويس-كلابيرون نحصل على العلاقة بين درجة غليان السائل والضغط الخارجي:.
……..(3)
في هذهالتجربة نقوم بتحديد درجة غليان الإيثانول عند ضغوط خارجيّة مختلفة. برسم مقابل يفترض بنا (في حال كانت الفرضيّات التي اعتمدنا عليها عند اشتقاق معادلة كلاوزيوس-كلابيرون صحيحة) أنْ نحصل على خطّ مستقيم يكون ميله .
vap بتغيّر درجة الحرارة هو العامل الوحيد المسؤول عن هذا الحيود، ولتكن العلاقة الرياضيّة غير الخطّيّة بين ln p و 1/T على شكل متسلسلة ذات ثلاثة حدود:vap تتغيّر بتغيّر درجة الحرارة وليست ثابتاً كما افترضنا. لنسهّل على أنفسنا مسألة معالجة الحيود عن العلاقة الخطّيّة بين ln pو 1/T، نفترض مجدّداً أنّ تغيّر ولكن ماذا إذا حصلنا على خطّ منحنٍ وليس مستقيماً عندها يكون أحد التقريبات التي قمنا بها، أو أكثر، ليس في محلّه. فافتراض أنّ البخار يتصرّف كما لو كان غازاً مثاليّاً مجانب للصواب في كثير من الأحيان، كما أثبتت التجربة. من جهةٍ أخرى، فإنّ
وبإدخال التعبيرين الأخيرين في معادلة كلاوزيوس-كلابيرون قبل تكاملها يعطينا:
……..(4)
نستطيع من المعادلة الأخيرة أن نجد حرارة التبخّر المعتمدة على درجة الحرارة (T-dependent).
تُجرى التجربة باستخدام الجهاز أدناه والذي يتكوّن من دورق دائري ثنائي الرقبة (2-neck round bottom flask)، في إحدى الرقبتين ميزان درجة حرارة وفي الأخرى مكثّف. تتّصل فوّهة المكثّف العليا عبر دورق دائري كبير (ballast bulb) بمضخّة هوائيّة ومقياس ضغط زئبقي (Hg-manometer).
أ. يملأ ما يقرب من ثلث الدورق الدائري الصغير بالإيثانول ويضاف له قليل من (boiling chips).
ب. يُبدأ بالتسخين، ولكن يُتجنّب التسخين العنيف.
ت. عند استقرار درجة الحرارة (يجب أن يَقرأ الميزانُ درجة الحرارة عند الاتّزان بين الطورين السائل والغازي، ولهذا يجب أن يتكثّف السائل على الميزان ليكون هذا السائل على الميزان والبخار في حالة اتّزان.) يُفتح صمّام مقياس الضغط. يتمّ التأكّد من استقرار الضغط ودرجة الحرارة. يُسجّل الضغط ودرجة الحرارة.
ث. يتمّ إغلاق صمّام مقياس الضغط. يتمّ تخفيض الضغط في النظام عن طريق فتح الصمّام الواصل بين المضخّة والدورق الكبير. يُنتظر للوصول إلى حالة الاستقرار ثمّ يُسجّل الضغط ودرجة الحرارة كما في البند ت.
ج. تُعاد الخطوات ث و ت حتّى يتمّ استيفاء القراءات عند الضغوط التالية نزولاً: 600، 500، 450، 350، 250، 200، 150، 130، 100 torr.
ح. تُعاد الخطوات ث و ت حتّى يتمّ استيفاء القراءات عند الضغوط التالية صعوداً: 160، 230، 300، 400، 550، 580 torr.
الحسابات وتحليل النتائج:
تُسجّل القراءات كما في الجدول التالي:
1/Tb
K-1 Tb
K tb
ºC ln p p
torr
600
500
ارجو ان نكون قد وضحنا كافة المعلومات والبيانات بخصوص مناقشة عن تقرير تعيين درجة الغليان، ولكن في حالة كان لديكم تعليق او اقتراح بخصوص المعلومات المذكورة بالأعلى يمكنكم اضافة تعليق وسوف نسعى جاهدين للرد عليكم.
