Determinarea Căldurii Integrale de Dizolvare

DETERMINAREA CALDURII INTEGRALE DE DIZOLVARE

Caldura de dizolvare (efectul termic ce însoteste dizolvarea unei substante) depinde atât de natura substantei ce se dizolva cât si de natura solventului, de temperatura si de concentratia solutiei obtinute. Potrivit terminologiei obisnuite, prin caldura integrala de dizolvare se întelege efectul termic care însoteste dizolvarea unui mol de substanta într-o cantitate data de solvent. Caldura partiala (diferentiala) de dizolvare este efectul termic ce însoteste dizolvarea unui mol de substanta într-o cantitate de solutie atât de mare încât modificarea concentratiei este practic nula. În cazul proceselor care decurg la presiune constanta sau la volum constant, cantitatea de caldura schimbata cu mediul se numeste efect termic izobar (Qp=*H), respectiv izocor (Qv=*U).

Dizolvarea unui mol de KCl în 400 moli apa, care se face cu un consum de 4404 cal, se poate formula prin urmatoarea ecuatie termochimica:

KCl + 400 H2O = KCl (aq 400) *dizH=4404 cal (1)

Potrivit legii schimbului de caldura, efectul termic al unui proces oarecare ce decurge în calorimetru este dat de relatia:

Q=(m1c1+m2c2+m3c3)** (2)

unde: - Q - efectul termic al procesului efectuat în calorimetru;

- m1, m2, m3 - masa partilor metalice ce intra în componenta calorimetrului, masa lichidului calorimetric si respectiv masa portiunilor din piesele de sticla scufundate în lichidul calorimetric;

- c1, c2, c3 - caldurile specifice ale materialelor de mai sus

- ** - variatia de temperatura.

Ecuatia de mai sus se poate scrie:

Q = W** (3)

- W este echivalentul în apa al calorimetrului sau constanta calorimetrica.

Pentru determinarea caldurii integrale de dizolvare etapele de lucru sunt:

1. stabilirea echivalentului în apa al calorimetrului;

2. determinarea efectului termic al dizolvarii prin masurarea variatiei temperaturii calorimetrului în timpul procesului.

Echivalentul în apa al calorimetrului poate fi determinat experimental fie prin efectuarea în calorimetru a unui proces chimic al carui efect termic este cunoscut, fie trecând prin calorimetru o cantitate cunoscuta de energie electrica si observând variatia temperaturii calorimetrului. Cantitatea de caldura necesara încalzirii calorimetrului cu ** este, conform legii lui Joule:

Q = W•** = 0,239 E I t (4)

de unde se deduce constanta calorimetrica:

W = (5)

în care:

E - tensiunea, V

I - intensitatea curentului, A

t - timpul, s;

W rezulta în cal/grad si reprezinta cantitatea de caldura necesara ridicarii temperaturii calorimetrului cu un grad.

Masurarea temperaturii

Dupa ce ansamblul calorimetric a fost pregatit, se porneste agitatorul si se asteapta 3 minute pentru atingerea starii de echilibru termic, care se recunoaste printr-un regim stationar al temperaturii (care se urmareste la valoare practic constanta, un timp de 4 - 5 minute înainte de declansarea procesului). Se noteaza aceasta valoare initiala *1 a temperaturii, dupa care se poate declansa procesul studiat. Se observa ca temperatura creste sau scade (dupa cum procesul este exoterm sau endoterm) la început mai repede si apoi din ce în ce mai încet, odata cu evolutia procesului, pentru ca dupa un timp mai scurt (pentru amestecarea a doua lichide) sau mai îndelungat (pentru dizolvarea unei substante solide) sa ramâna din nou constanta. Se noteaza aceasta valoare finala *f a temperaturii si se verifica daca ea ramâne constanta un timp, înca 4 - 5 minute. Se evalueaza variatia ** a temperaturii ca diferenta:

** = *f - *i (6)

Durata de observare a temperaturii poate fi împartita astfel în trei perioade: înainte de declansarea fenomenului de studiat (citirea temperaturii initiale), perioada initiala, între momentul citirii temperaturii initiale, perioada principala (în care are loc procesul studiat) si dupa citirea temperaturii finale, perioada finala. Se poate întâmpla însa ca temperatura sa nu ramâna constanta în perioadele initiala si finala ci sa se observe o usoara crestere sau scadere a ei. În acest caz este necesara sa se faca anumite corectii, drept pentru care se citesc valorile temperaturii din minut în minut pe durata celor trei perioade.

Variatia de temperatura obtinuta prin relatia (6) este corecta numai în cazul ideal. În realitate ea contine si contributii datorate unor procese secundare ca evaporarea lichidului, frecarea agitatorului de lichid si schimbul de caldura cu exteriorul, care, oricât ar fi de redus, trebuie luat în considerare.