Kalorimetrik sistemaning issiqlik sig‘imini aniqlash

Kalorimetrik sistemaning issiqlik sig‘imini aniqlash
Kalorimetrik sistemaning issiqlik sig‘imini kalorimetrik suyuqlik va u bilan tutashgan kalorimetrning barcha qismlari (stakan, aralashtirgich, termometr, modda) yig‘indisi sifatida (1) tenglamadan hisoblanadi. Termometrning issiqlik sig‘imi uning kalorimetrik suyuqlikka tushirilgan qismi egallagan hajmni shisha va simobning o‘rtacha hajmiy issiqlik sig‘imiga ko‘paytirish orqali hisoblanadi: 1,925 J/sm3K. Termometrning suyuqlikka botirilgan hajmini o‘lchov silindrida aniqlab olinadi. Qo‘llanilayotgan materiallarning solishtirma issiqlik sig‘imlarini darslikdan qarang.
Bekman termometri
Bekmanning metastatik termometri temperaturaning kam o‘zgarishlarini aniqlash uchun xizmat qiladi. Bekman termometri kapillyarining yuqori qismida simob uchun mo‘ljallangan qo‘shimcha rezervuar borligi uni oddiy termometrlardan farqlaydi. Ushbu qo‘shimcha rezervuar termometrning pastdagi asosiy rezervuarida simobning miqdorini o‘zgartirishga va shu orqali o‘lchanishi mumkin bo‘lgan temperaturalar oralig‘ini kengaytirishga imkoniyat beradi. Bekman termometrining 25-30 sm uzunlikdagi shkalasi 5-6 gradusga mos keladi va har bir gradus 0,01 ga teng bo‘laklarga bo‘lingan bo‘ladi. Shuning uchun lupadan foydalanib 0,002-0,003 gradus aniqlikda o‘lchashlar o‘tkazish mumkin. Ishni boshlashdan avval termometr kapillyaridagi simob sathi tajriba o‘tkazilayotgan temperaturada termometr shkalasi chegarasida bo‘lishiga erishish kerak. Buning uchun pastki rezervuardan ortiqcha simob yuqoridagi qo‘shimcha rezervuarga yoki aksincha, agar yuqoridagi rezervuarda ortiqcha simob bo‘lsa, pastki asosiy rezervuarga o‘tkaziladi.
Kalorimetr doimiysini aniqlash
O‘rganilayotgan protsessning issiqlik effektini quyidagi tenglama orqali topish mumkin:

∆H=K∆T
(1)

bunda H - protsess issiqlik effekti;
Ma‘nosi jihatidan kalorimetr doimiysi K kalorimetr issiqlik sig‘imi bo‘lib, miqdori jihatidan kalorimetr barcha qismlari haroratini bir daraja ko‘tarish uchun sarf bo‘ladigan issiqlik miqdorini ko‘rsatadi. Kalorimetr doimiysini, asosan, ikki uslub: amaliy uslub va nazariy uslub orqali aniqlash mumkin.
Amaliy uslub bo‘yicha kalorimetr doimiysini, ko‘p hollarda, maxsus elektr isitgich yordamida kalorimetr suyuqligining harorati o‘zgarishini aniqlash orqali topiladi. Elektr manbai sifatida akkumulyatorlardan yoki doimiy tok to‘g‘rilagichlaridan foydalaniladi. Harorat o‘zgarishini Bekman termometri yordamida 0,002-0,003 daraja aniqligida o‘lchanadi. Isitilish vaqti sekundomerlarda o‘lchanadi.
Jaul-Lens qonuni bo‘yicha


 (2)
bunda Н - berilgan issiqlik;
I- ampermetr ko‘rsatkichi;

U - voltmetr ko‘rsatkichi;

- tok o‘tkazilgan vaqt.
(1) va (2) tenglamalaridan foydalanib, K ning qiymatini topish mumkin. Kalorimetr haroratning o‘zgarishi Δt ni aniqlash uchun dastlab kalorimetr harorati bir minut oralig‘ida 0,01 darajaga o‘zgaradigan holatga, ya‘ni harorat o‘zgarishi doimiyligiga erishish kerak. Bunga iqror bo‘lgandan so‘ng, 10 ta dastlabki o‘lchash ishini bajarish kerak. Har bir haroratni o‘lchash oralig‘i 0,5-1,5 minutni tashkil qilishi lozim. So‘ngra ma‘lum vaqt oralig‘ida isitgichdan tok o‘tkaziladi. Tok o‘tkazilishi to‘xtatilgandan so‘ng harorat o‘zgarishi yana 10 marotaba o‘lchanadi. Olingan natijalar millimetrli qog‘ozga chizma ko‘rinishida tushiriladi.
Harorat o‘zgarishi Δt ni topish uchun boshlang‘ich va oxirgi muvozanat nuqtalari to‘g‘ri chiziq orqali birlashtiriladi, (AC va BD chiziqlar va punktir chizig‘i orqali C va B nuqtalaridan so‘ng ozgina davom ettiriladi. So‘ngra СВ egrisining o‘rta qismi topib olinib, shu nuqta orqali ordinata o‘qiga parallel chizig‘i o‘tkaziladi. В va Е nuqtalariga mos keladigan t₁ va t₂ harorat qiymatlari farqini beradi (Δt2.2 – Kalorimetrik usulda kuchsiz elektrolitlarning dissotsilanish issiqliklarini o`rganish.
Kalorimetrik sistemaning issiqlik sig’imini aniqlash
Kalorimetrik sistemaning issiqlik sig’imini kalorimetrik suyuqlik va u bilan tutashgan kalorimetrning barcha qismlari (stakan, aralashtirgich, termometr, modda) yig’indisi sifatida (1) tenglamadan hisoblanadi. Termometrning issiqlik sig’imi uning kalorimetrik suyuqlikka tushirilgan qismi egallagan hajmni shisha va simobning o’rtacha hajmiy issiqlik sig’imiga ko’paytirish orqali hisoblanadi: 1,925 J/sм3К. Termometrning suyuqlikka botirilgan hajmini o’lchov silindrida aniqlab olinadi. Qo’llanilayotgan materiallarning solishtirma issiqlik sig’imlarini darslikdan qarang.
Kalorimetrik o’lchashlar uchun Bekman termometrini sozlash
Kalorimetrik o’lchashlar uchun Bekman termometrini sozlashda quyidagilarni hisobga olish zarur:
-kalorimetrik o’lchashlarda termometrning nol nuqtasi xona temperaturasida (ya’ni tajriba o’tkazilayotgan temperaturada) o’rnatilishi bilan krioskopik o’lchashlardan farqlanadi. Shuning uchun muvozanat o’rnatilayotganda kapillyardagi simobning sathi xuddi shu temperaturada shkalaning o’rta qismida to’xtatilishi kerak;
-ekzotermik jarayonlar kutilayotgan bo’lsa simobning sathini shkalaning pastki qismida, endotermik jarayonlarda esa - shkalaning yuqori qismida o’rnatish maqsadga muvofiq.
Kalorimetrik o’lchashlar uchun termometrning nol nuqtasini o’rnatayotganda, uni xona temperaturasida kalorimetrik suyuqlikka (odatda, distillangan suv) tushiriladi. Agar termostatlangandan so’ng, kapillyardagi simobning sathi shkaladan pastda bo’lsa, simob yuqori rezervuardan pastki rezervuarga o’tkazilishi kerak. Buning uchun termometr to’nkariladi va uni ikki qo’l bilan ushlagan holda engil silkitish orqali pastdagi rezervuar simobining kapillyar bo’ylab harakatlanishiga erishiladi. Simob kapillyarni to’ldirib yuqori rezervuardagi simob bilan qo’shilganda, kapillyardagi simob bilan qo’shimcha rezervuardagi simobning uzilishiga yo’l qo’ymasdan, termometr ehtiyotlik bilan aylantirilib, qo’shimcha rezervuar pastki asosiy rezervuardan bir oz yuqori bo’lgan holatga keltiriladi. Bunda simob yuqori rezervuardan pastki asosiy rezervuarga oqib o’ta boshlaydi. Jarayonni tezlashtirish uchun pastki rezervuarni vodoprovod suvida sovutish mumkin, so’ngra qo’shimcha rezervuarda simob kamayganda termometrni ehtiyotlik bilan vertikal holatga keltiriladi va xona temperaturasidagi distillangan suvga tushiriladi. Bunda termometr stakan devorlariga va idish tubiga tegmasligi kerak, buning uchun termometrni vertikal holatda shtativga o’rnatiladi. 5-10 minut termostatlagandan so’ng termometr distillangan suvdan chiqariladi va o’ng qo’l bilan termometrning o’rta qismini chap qo’lning bosh barmog’iga qisqa, kuchsiz urish orqali simob ustuni kapillyar bilan qo’shimcha rezervuar ulangan joydan uzilishiga erishiladi. So’ngra termometr yana distillangan suvga tushiriladi va kapillyardagi simobning muvozanat holati kuzatiladi. Agar kapillyardagi simob shkaladan yuqorida bo’lib qolsa, termometr distillangan suvdan chiqariladi, pastki rezervuar qo’l bilan bir oz isitiladi va kapillyar bilan qo’shimcha rezervuar ulangan joyda to’planib qolgan simobni qisqa, engil silkitish orqali yuqori rezervuarga tushirib yuboriladi. Termometrni distillangan suvga qaytadan tushirib, simobning kapillyardagi muvozanat holati tekshiriladi. Kapillyardagi simob Bekman termometri shkalasining o’rta qismida o’rnatilguncha ushbu amallar qaytariladi. Simobning muvozanat holati o’rnatilgandan so’ng oddiy termometr yordamida Bekman termometri shkalasidagi graduslarga mos keladigan Selsiy graduslaridagi temperatura tekshiriladi.
Sozlangan termometrga ehtiyot muomala qilinadi, uni vertikal holda shtativga mahkamlab distillangan suv solingan stakanda saqlanadi.
Bekman termometrini sozlagandan va kalorimetrik qurilmani yig’gandan keyin termometrning nolinchi nuqtasi bilan yakunlovchi davrdan keyin o’rnatilgan muvozanatga mos keluvchi nuqta orasidagi farqni aniqlashga o’tiladi:
Т=Т yakuniy -Т dastlabki
Issiqlik almashinishi bilan bog’liq jarayonlarga tuzatmalarni (issiqlik almashinishida yo’qotilgan va aralashtirish tufayli isiganda olingan) Lange-Mishchenko usulida dastlabki, asosiy va yakuniy davrlar uchun Т=f ()bog’liqlikni o’rganish orqali grafik yordamida aniqlanadi.
Ishning borishi. Kuchsiz kislotani kuchli asos bilan neytrallanish issiqligini aniqlash uchun kalorimetr yig’iladi. Kalorimetrga aralashtirgich, Bekman termometri va ishqor uchun ampula o’rnatiladi.
Neytrallanish reaksiyasi issiqlik chiqishi bilan boradi. Buni aniqlash uchun Bekman termometrini tajriba boshlanishidan oldin kapillyardagi simob meniskini shkalaning pastki qismiga sozlanadi. So’ngra kalorimetr doimiyligi aniqlanadi va kalorimetrga bo’sh ampula qo’yiladi. Shundan keyin neytrallanish issiqligini aniqlashga kirishiladi. 500 ml sig’imli kolbaga 0,1 g aniqlikda tortib olingan 6 g (m1) muz sirka kislota solinadi va distillangan suv bilan belgigacha suyultiriladi. Eritmaning harorati xona harorati bilan tenglashgandan so’ng eritmaning kolba bilan birgalikdagi massasi (m2) aniqlanadi. Massalar ayirmasidan m = m2 – m1 eritma massasi topiladi va kolbadagi eritma kalorimetrga quyiladi. Texnik tarozida 4 g NaOH tortib olinadi va 50 ml hajmli kolbaga solib, oz - ozdan kam miqdordagi suv bilan eritiladi. Eritma hajmi 50 ml ga yetkaziladi va xona haroratigacha sovutiladi. Shundan so’ng oldindan massasi o’lchangan tayoqchali ampulaga solinadi va eritma bilan birgalikda massasi o’lchanadi, massalar ayirmasidan ishqor eritmasining massasi topiladi. Ampula kalorimetrga o’rnatilgandan keyin ehtiyotlik bilan ampula tubi tayoqcha yordamida sindiriladi (tayoqcha ampulada qoldiriladi). Eritmani aralashtirib turgan holda Δt aniqlanadi.=t₂-t₁). Δt ni bilgan holda (1) tenglamasidan foyda-lanib, K ning qiymatini topamiz.