Kristallogidratlarning hosil bo‘lish issiqliklarini o‘rganish. Reja

I.2. Kolorometr va uning turlari
Kolorimetriya (lot. color — rang va ... metriya) — ranglarni va ular orasidagi tafovutlarni oʻlchash va miqdoriy jihatdan ifodalash usullari. Mohiyati 3 asosiy rang (qizil, yashil va zangori ranglar) ning tanlangan tizimida ranglar koordinatalarini aniqlashdan iborat. Bunda tekshirilayotgan rangdan farq qilmaydigan rang tanlanadi. Ranglar kolorimetr asbobida oʻlchanadi. Ranglarni miqdoriy ifodalash usullari yorugʻlik texnikasida (yoritish asboblarini ishlab chiqish uchun), rangli kino, televideniye va boshqa sohalarda qoʻllanadi. Mashq qilaverish natijasida odam koʻzi 10 mingdan optiq, rang va tuslarni farqlashi mumkin. Kalorimetr issiqlik sig‘imini ikki usulda aniqlash mumkin: jarayonning aniq bo‘lgan issiqlik effekti va Joul – Lens qonuni asosida. Kalorimetr issiqlik sig‘imini aniqlash uchun, issiqlik effekti ma’lum bo‘lgan jarayondan foydalanamiz. Buning uchun erish issiqligi ma’lum bo‘lgan KCl ni olamiz. Tajriba uchun 1 mol KCl va 200 mol H2O olishimiz kerak. Kalorimetr hajmi kichik bo‘lsa, ikki modda miqdori ham tegishli marotaba kamaytiriladi. Avval 1 g aniqlikkacha tarozida kalorimetrdagi stakanning o‘zi, so‘ngra stakanga suv solingandan keyingi og‘irligi birgalikda tortiladi. Ikki tortishdagi og‘irlik farqi suv og‘irligini ko‘rsatadi. Agar suvni tortish qiyin bo‘lsa, suv hajmiga qarab zichlikdan og‘irlikni hisoblash mumkin. Turli haroratlardagi suvning zichligi Harorat oC 4 15 18 20 25 Suv zichligi g/sm3 1.0000 0,9991 0,9962 0,9982 0,9970 9 So‘ngra alohida olingan quruq ampulani tortib olib, unga maydalangan 0,01 g aniqlikda tortilgan KCl tuzi solinadi. Kalorimetrik sxema yig‘iladi va uch davrdan iborat tajriba o‘tkaziladi. 1) Boshlang‘ich davr, taxminan 9-11 minut (5 minutdan kam emas) davom etib vaqt birligi ichida harorat o‘zgarishini o‘lchab, har 0,5 minutda yozib boriladi. Harorat o‘zgarmasdan qolganda yoki bir hil tezlikda o‘zgarganda davr tugagan deb asosiy davrga o‘tish mumkin. 2) Asosiy davr – KCl solingan ampula tubiga shisha tayoqcha bilan urib sindiriladi, tuzning hammasi suvga tushiriladi va har 0,5 minutda harorat yozib boriladi. Tuzning hammasi erigandan so‘ng asosiy davr tugallanadi va harorat pasayishi to‘xtaganda ohirgi davr boshlanadi. 3) Ohirgi davr 8–10 minut davom etib, bunda ham harorat yozib boriladi. Boshlang‘ich davr Asosiy davr Ohirgi davr Vaqt Harorat Vaqt Harorat Vaqt Harorat 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Tajribalarda olingan natijalar asosida T = f(τ) grafigi chiziladi. Absissa o‘qiga vaqt, ordinata o‘qiga esa harorat o‘zgarishi qo‘yiladi Haroratning tajriba davomida o‘zgarishi. ab – boshlang‘ich davr, bd– asosiy davr, de – oxirgi davr. Agar jarayon ekzotermik bo‘lsa, u paytda chiziq yuqorida, endotermik bo‘lsa (KCl misolida) egri chiziq pastga qarab o‘tadi. Jarayon davomida kalorimetr bilan atrof-muhit orasida issiqlik almashinadi. Shu sababli tuz eriganda harorat o‘zgarishini topish uchun tuzatma kiritish zarur. Bu tuzatmani aniqlashning uch varianti bor. 1) «yuzalar tengligini» hisobga olgan holda o‘rtacha natijani olish varianti Kalorimetr haroratining o‘zgarishini grafik ravishda aniqlash, «yuzalar tengligini» hisobga olgan holda o‘rtacha natijani olish varianti. Kalorimetr haroratining vaqtga bog‘liqligi grafigini tuzing. Asosiy davrda harorat o‘zgarishining vaqtga bog‘liqligi chizig‘ining o‘rtasidan shunday vertikal to‘g‘ri chiziq o‘tkazingki natijada chizmaning yuqori va pastki qismlarida hosil bo‘ladigan uchburchaklar yuzalari teng bo‘lishi kerak. Boshlang‘ich va oxirgi davrlardagi harorat o‘zgarishi 11 chiziqlarini vertikal to‘g‘ri chiziq bilan kesishguncha davom ettiring. Vertikal chiziqda kesishgan nuqtalar oralig‘i izlanayotgan ∆T haroratga to‘g‘ri keladi. 2) Harorat bo‘yicha o‘rtachani aniqlash Kalorimetr haroratining vaqtga bog‘liqligi grafigining ordinata o‘qiga tajriba asosiy davrining boshlang‘ich T0 va oxirgi Tn haroratlarini joylashtiring. Bu qismni ikkiga bo‘ling va asosiy davrda kalorimetr harorati o‘zgarishining vaqtga bog‘liqligi chizig‘ini kesguncha absissa o‘qiga parallel o‘tkazing. Ularning kesishgan nuqtasidan vertikal to‘g‘ri chiziq o‘tkazing. Bu chiziq bilan kesishguncha boshlang‘ich va oxirgi davrlarda haroratning o‘zgarish chiziqlarini davom ettiring. Vertikal chiziqdagi kesishgan oraliq harorat o‘zgarishiga ∆T to‘g‘ri keladi. Rasm-4. «Harorat bo‘yicha o‘rtacha» variantida kalorimetr haroratining o‘zgarishini grafik ravishda aniqlash. 3) Vaqt bo‘yicha o‘rtacha. Kalorimetr haroratining vaqtga bog‘liqligi grafigining absissa o‘qiga tajriba asosiy davrining boshlang‘ich - t 0 va oxirgi - t n vaqtlarini joylashtiring (rasm-5). 12 Rasm-5. «Vaqt bo‘yicha o‘rtacha» variantida kalorimetr haroratining o‘zgarishini grafik ravishda aniqlash. (T1-chi o‘lchov va Tn to‘g‘ri keluvchi o‘lchov). Bu qismni ikkiga bo‘ling va uning o‘rtasiga perpendikulyar tushiring. ∆T ning qiymatini topish uchun bu perpendikulyarning boshlang‘ich va oxirgi davrlardagi harorat o‘zgarishining kesishgan nuqtalarini topish kerak. Topilgan kesma ∆T ning qiymatiga mos keladi. Tajribalarda ∆T ning qiymatini topib, kalorimetrning issiqlik sig‘imi quyidagi tenglamadan hisoblanadi: k = Q/∆T (I.8) bu yerda: Q – tuzning erishida ajralib chiqqan issiqlik, ∆T – tuzning erishi natijasida kalorimetr haroratining o‘zgarishi. 1 mol KCl tuzining erish issiqligi 4440 kal ga teng. Tajribada olingan natijalar asosida quyidagilarni bajaring.  suvda tuzning molyar erish issiqligini hisoblang;  erish entalpiyasining hisoblangan qiymatini adabiyotlarda keltirilgan qiymatlar bilan taqqoslang;  kristall holatdagi aniqlanayotgan tuzning hosil bo‘lish entalpiyasini hisoblang. Tuzning erish entalpiyasini quyidagi formula yordamida hisoblan bu yerda: W–sistemaning issiqlik qiymati (J/K -1 ), bir necha tajribalar bajarilgan holda kafedra laborantlari tomonidan aniqlanadi; ∆T– tajribada haroratning o‘zgarishi,K; m −erigan modda massasi,g; M– moddaning molekulyar massasi, g/mol-1 . . Jadval-I.3 Suvda tuzning erish entalpiyasini aniqlash natijalari Tuzning massasi m, g Eritma konsentratsiyasi ∆T, K ∆sol H m, kJ·mol–1 ∆f Hm, kJ·mol –1 Bu yerda sistemaning termokimyoviy ishoralari qo‘llaniladi. Agar tuzning erishi atrof muhitdan issiqlik yutilishi bilan borsa, issiqlik effekti manfiy ishorani (misol, kaliy xloridning suvda erishi) va aksincha, agar tuzning erish jarayonida issiqlik ajralib chiqsa musbat ishora qabul qiladi. KCl ning suvda erish jarayonida issiqlik yutiladi, shuning uchun ∆solH > 0 bo‘ladi. Tajribada aniqlangan tuzning erish jarayoni issiqligini eritma konsentratsiyasini bilgan holda adabiyotlarda keltirilgan qiymatlar bilan taqqoslan. Buning uchun erish jarayonida hosil bo‘lgan eritmaning molyal konsentratsiyasini hisoblang va olingan natijani jadval-I.3ga kiriting. Misol sifatida 36,1 g kaliy xloridni 1800 ml suvda eritilganda 1 mol KCl ga 207 mol suv to‘g‘ri keluvchi eritma hosil bo‘ladi. Bunday konsentratsiyali eritma uchun erish entalpiyasining qiymati 17,54 kJ·mol–1 ga teng bo‘ladi
Tuzning suvda erish integral issiqligini aniqlash; kristallogidrat hosil boiish issiqligini aniqlash; neytrallanish issiqligini aniqlash. Topshiriqlar: - kalorimetrik sistemaning issiqlik sig'imini hisoblang; Bekmanning metastatik termometrini sozlang; Lange-Mishchenkoning grafilc usulida har bir tajriba uchun A T ning qiymatini toping; Gess qonuni bo'yicha kristallogidrat hosil boiish issiqligini hisoblash uchun suvsiz tuzning va kristallogidratning integral erish issiqliklarini aniqlang; summar neytrallanish issiqligi A Hk ni aniqlang; kislotaning suyultirish issiqligi A Hsuy,j. ni aniqlang; solishtirma neytrallanish issiqligi Ah^oi. ni hisoblang; molyal neytrallanish issiqligi A Hm ni hisoblang; 0 ichash xatoliklarini baholang.
Fizikaviy kimyoning asosiy tüshunchalari termodinamik sistema moddiy borliqning haqiqiy yoki xayoliy chegara sirt bilan ajratilgan makroskopik qismidir. Termodinamika juda ko‘p zarrachalardan iborat boigan sistemalarni o‘rganadi. Alohida rnolekulalar, atomlar yoki elementar zarrachalarga nisbatan termodinarnikani qo’llab bo‘bnaydi. Agar sistemaning tashqi muhit bilan hech qanday o‘zaro ta’sirlanishi boimasa, bunday sistema izolyasiyalangan (tashqi muhitdan ajratilgan) deyiladi. Agar chegaradan modda almashinishi kuzatilsa, unda sistema ochiq boiadi, aks holda, ya’ni hech qanday modda chegara orqali o‘tmasa, unda yopiq sistema deyiladi. Izolyasiyalangan sistemada» farqü ravishda yopiq sistema tashqi muhit bilan energiya aimashishi mumkin. Agar sistema barcha nuqtalarda bir jinsli boisa, uni gomogen deyiladi, aks holda fazalar haqida so‘z yuritiladi. Bir necha fazalardan tuzilgan sistema geterogen deyiladi. Sistemaning boshqa qismlaridan sirt chegarasi bilan ajratilgan gomogen sistemaning bir jinsli gomogen material qismiarning to‘plamiga faza deyiladi. Sistemani tavsiflovchi fizikaviy va kimyoviy xossalaming to‘plami sistemaning holatidir. Termodinamik sistema holatning termodinamik param etrlari (T,R, V,S, U,S va boshqalar) bilan tavsiflanadi. Sistemaning asosiy param etrlari bevosita tajribada aniqlanadigan parametrlardir. Bular bosim, temperatura va molyar hajmlar hamda chin eritmaiarda asosiy parametrlarga konsentrasiya ham kiradi. Qolgan param etrlar asosiy param etrlarning funksiyalari hisoblanadi. Termodinamikaning asosiy qonunlarini tushxmish va talqin qilishni ta’minlaydigan umumiy belgilariga qarab teimodinamik parametrlar sinflarga biriashtirilgan. Son qiymatlari jihatdan doiraiy kimyoviy tarkibli sis-temaning massasiga proporsional boigan termodinamik parametrlar ekstensiv param etrlar deyiladi. Ekstensiv parametrlarga hajm (V), massa (m), elektr zaryadining miqdori (Z), ichki energiya (U), entropiya (S) va boshqalar misol boiadi. Son qiymatlari jihatidan sistemaning massasiga bogiiq boimagan parametrlar intensiv param etrlar deyiladi. Intensiv parametrlarga bosim, harorat, elektr zaryadining potensiali, solishtirma ekstensiv kattahkiar (moddaning birlik miqdori uchun olingan) hamda barcha umumlashgan kuchlar kiradi. Umumlashgan kuchlar va umumlashgan koordinatalar ham termodinamik parametrlar boiib, mexanik kuch (yoki bosim), elektr potensiali, kimyoviy potensial va boshqalar Dmnmia.shgan kuchlarga va geometrik koordinata, hajm, zaryad, m aium komponentning massasi umumlashgan koordinatalarga kiradi. Termodinamik parametrlarning hattoki bittasining o‘zgarishi bilan bogiiq boigan sistemadagi har qanday o'zgarish termodinamik jarayon deyiladi. Agar parametrning o‘zgarishi faqat boshlangich va oxirgi holatlargagina bogiiq boiib, jarayonning yoiiga bogiiq boimasa, bunday parametr holat funksiyasi deyiladi. Tem peratura - termometriyada aniqlanadigan ob’ekt, uni bevosita oichab boimaydi, faqat issiqroq yoki sovuqroq jism haqida tushuncha xosil qilish mumkin. Harorat sistema zarrachalarining o‘rtacha kinetik energiyasi boiib, jism qanchalik isitilganligining oichovidir. Uni haroratga bog‘liq boigan boshqa ñzikaviy parametrlarning son qiymatlari bo‘yicha aniqlanadi, bu esa, yuqorida ta’kidlaganimizdek, empirik harorat shkalalarini tuzishning asosi qilib olingandir. Issiqlik - moddaning harorati, massasi va tabiatiga bog‘liq boUgan kattalik bo‘lib, aíóhida zarrachaning kmetik energiyasini belgilaydi. Sistemaga issiqlik berilganda, molekulalaming o'rtacha kinetik energiyasi ortishi hisobiga, sistemaning harorati ortadi. Demak issiqlik energiya uzatishning bir turidif. Sistemaga beriigan issiqlik har doim ham haroratni oshirmaydi. Masalan, muz suyuqlanayotganda yoki suv qaynayotganda sistemaga issiqlik berish haroratni o'zgartirmaydi va jarayon doimiy haroratda boradi, bunda sistemadâgi molekulalaming o'rtacha kinetik energiyasi o‘zgarmasdan faqat potensial energiyasi ortadi. Ushbu issiqlik muzning kristall panjarasini buzishga yoki sùvni bug‘lantirish jarayoniga sarflanadi (eski adabiyotlarda “yashirin issiqlik” deb atalgan). Ish - bif sistemadan ikkinchi sistemaga energiya uzatishning yana bir turi boiib, bunda ish bajarilayotgan sistemaning ichki energiyasi kamayadi, ta’sir qilinayotgan sistemaning energiyasi esa, bajarilgan ishga mos ravishda ortadi. Ish va issiqlik o‘zaro ekvivalentdir. Issiqlikning o‘lchov birligi kaloriya va ishning o‘lchov birligi joui deb qabul qilingan. Ikal.=4,l875 J teng boiib, issiqlikning mexanik ekvivalenti deyiladi. Ichki energiya - jism barcha zan-achalarining bir-biri bilan o‘zaro ta’sirlashish potensial energiyasi va alohida zarrachalar hàrakatining kinetik energiyalari yigindisidan tashkil topgan, ya’ni molekulalarning ilgarilanma va ayianma harakati energiyasi, molekulani tashkil qilgan atom va atom guruhlarining ichkimolekulyar tebranma harakati energiyasi, atomlardagi elektronlaming aylanish energiyasi, atom yadrolaridagi energiya, molekulalai-aro o‘zaro ta’sirlashish energiyasi va mikrozarrachalarga tegishli boigan boshqa turdagi energiyalardan iboratdir. Ichki energiya sistema energiyasining umumiy zaxirasi boiib, uning tarkibiga toÜq, bir butun sistemaning kinetik energiyasi va uni holatining potensial energiyasi khmaydi. Jism ichki energiyasining absolyut qiymati ma’lum emas, uni to‘g‘ridan-ío‘g‘ri oichash ham mumkin emas. Sistema energiyasini bir butunligicha bevosita oichaydigan hech qanday usullar mavjud emas. Am.mo kimyoviy termodinamikani kimyoviy xodisalarai o'rganishga qoilashda sistema bir holatdan ikkinchisiga o‘tayotgandagi ichki energiyaning o‘zgarishini bilmoq kifoyadir. Ish yoki har qanday ko‘rinishdagi energiya intensivlik va ekstensivlik faktorlarining ko‘paytmasi sifatida ifodalanadi. Issiqlik sigim i - sistemaning haroratini bir gradusga ko'tarish uchun talab qilingan issiqlik miqdori boiib, u sistemaga berilgan issiqlikning harorat o‘zgarishi nisbatiga teng. Issiqlik sig‘imi tushunchasining kiritilishi termodinamika tarixida eng katta yutuqlardan biri boigan. Bosim - birlik sirt yuzasiga ta’sir qiluvchi kuch boiib, turli hirlikiarda ifodalanadi: Paskal, n/m^, bar va mm sim.ust. Bunda doimo sistema bosimining atmosfera bosimi bilan farqi emas, balki absolyut bosim ko‘rsatiladi. Termodinamik sistema qandaydir boshlangich holatdan chiqib, qator o‘zgarishlarga uchragandan so‘ng yana awalgi holatiga qaytadigan jarayon aylanma yoki siklik jarayon deyiladi. Bunday jarayonda har qanday holat parametrlarining o‘zgarishi nolga tengdir. Jarayonning borishi sharoitlariga qarab izobarik, izotermik, izoxorik, adiabatik jarayonlar bir-biridan farqlanadi, ularda mos ravishda bosim, harorat, hajm yoki entropiyaiar o‘zgarmas boiadi. Adiabatik sharoitda sistema tashqi muhit bilan issiqlik almashmasligi sababli, termodinamikaning ikkinchi qonunidan entropiyaning o‘zgarmas boiishi kelib chiqadi. Atrof muhitda hech qanday o'zgarishlarsiz sistemaning boshlangich holatga qaytish imkoniyatini beruvchi jarayon qaytar (muvozanat) jarayon deyiladi. Xossalari (harorat, bosim, tarkib, elektr potensiali) vaqt oiishi bilan o‘z-o‘zidan o'zgarmaydigan va alohida fazalarning barcha nuqtalarida bir xil qiymatga ega boigan sistemaning holatlari qaytar jarayonlar termodinamikasida ko'rib chiqiladi. Sistemaning bunday holatlari muvozanat holatlar deyiladi. Muvozanat jarayonda sistema muvozanat holatlarning uzluksiz qatoridan oiadi va kvazistatik jarayon deb ham ataladi. Harorat, bosim va fazalarning ichki tarkibi teng taqsimlanmagan va vaqt oiishi bilan o‘zgaruvchan boigan holatlar nomuvozanat holatlar deyiladi. Ular qaytmas (nomuvozanat) jarayonlar termodinamikasida ko'rib chiqiladi va unga termodinamikaning asosiy qonunlaridan tashqari qator qo‘shimcha postulatlar kiritiladi. Jarayonning termodinamik jihatdan qaytar yOki qaytmasligini kimyoviy reaksiyalaming qaytarligi yoki qa^lmasligi tushunchalari bilan chalkashtirmaslik kerak. Kimyoda ushbu atamalar to‘g‘ri va teskari yo‘nalishlarda borishi mumkin boigan har qanday reaksiyalarga qoilanishi mumkin boiib, bunda sistemaning boshlangich holatga qaytib kelishida atrof muhitdagi o‘zgarishlar e’tiborga olinmaydi.