گرماسنجی (کالری متری)

آزمایش 2

گرماسنجی (کالری متری)

تئوری:

تغییرات فیزیکی و شیمیایی همیشه باعث تغییر در انرژی سیستم می شوند، این تغییرات انرژی

معمولاً به صورت انرژی گرمایی و در نهایت به صورت افزایش و یا کاهش در دمای سیستم قابل

مشاهده است . اندازه گیری این انرژی گرمایی در دستگاهی به نام کالری متر انجام م یشود. یک کالری

متر مناسب دارای دیواره هایی است که نسبت به تعادل گرما با محیط اطرافش عایق است یعنی نه

انرژی گرمایی از آن خ ارج می شود و نه به آن وارد می شود. البته این عایق بودن نسبت به گرما به طور

کامل انجام نمی شود یعنی هی چ وقت نمی توانیم نفوذ به داخل یا خارج شدن گرما را به صفر برسانیم

که اگر از ورود یا خروج گرما به گرماسنج صرف نظر کنیم می توان فرض بر این گذاشت که تغیی ر دمای

کالری متر در اثر انجام یک واکنش شیمیایی در داخل آ ن، ناشی از گرمای واکنش انجام شده در داخل

گرماسنج خواهد بود.

گرماسنجی در شیمی اساس آزم ایش هایی را تشکیل می دهد که در آن ها هدف، اندازه گیری تغییرات

آنتالپی یک وا کنش شیمیایی و یا یک فرآیند شیمیایی است . بعضی از این آزمایش ها یا فرآیندها

گرماگیر و بعضی دیگر گرماده هستند. در واکن ش های گرماگیر سطح انرژی مواد اولیه پایین تر از

محصولات است و در واکنش های گرماده سطح انرژی مواد اولیه از محصولات بالاتر است.

در این آزمایش تنها تغییر آنتالپی ناشی از فرآیندهای انحلا ل برر سی خواهد شد . انحلال هر نمکی در

آب یا گرماده است یا گرماگیر . اگر عمل انحلال گرماگیر باشد گرمای انحلال عبارتست است از گرمای

لازم برای جدا کرن کاتیون ها و آنیون هایی که در شبکه بلورین قرار دارند . اگر عمل انحلال گرماده

باشد گرمای انحلال عبارتست از گرمای به دست آمده ا ز آبپوشی یون ها. در بیشتر موارد انرژی شبکه

بلورین کمتر از کل گرمای آبپوشی است بنابراین کل تغییرات گرماده خواهد بود.

36

وسایل مورد نیاز مواد مورد نیاز

کالری متر

دماسنج (ترمومتر)

استوانه مدرج (مزور)

ترازو

پتاسیم نیترات

سدیم هیدروکسید

روش کار:

این آزمایش شامل دو قسمت است که فرایندهای گرماگیر و گرماده را بررسی خواهید کرد.

قسمت اول: فرآیندهای گرماگیر:

اندازه گیری گرمای انحلال پتاسیم نیترات : به وسیله استوانه مدرج 100 میلی لیتر آب مقطر در

کالری متر بریزید و آن را به دور از هر منبع گرمایی قرا ر دهید و صبر کنید تا تعادل دمایی برقرار شود .

2 دقیق ه ثابت بماند پس از برقراری تعادل دمایی، دما را یادداشت کنید (دمای - یعنی دمای ترمو متر 3

اولیه) سپس 5 گرم پتاسیم نیترات را به داخل کالری متر بریزید و گاهی به هم بزنید و هر 20 ثانیه

یک بار دما را بخوانید تا وقتی که دما ثابت شود (دمای ثانویه) این دما را یادداشت کنید.

قسمت دوم: فرآیند گرماده:

37

این آزمایش همانند قسمت اول است. این بار از سدیم هیدروکسید استفاده کنید . مقدار 100

میلی لیتر آب مقطر را در کالری متر بریزید و پس از برقراری تعادل دمایی و یاددا شت دمای اولیه، 5

گرم سدیم هیدروکسید را در کالری متر بریز ید و به هم بزنید و هر 20 ثانیه یک بار دما را بخوانید تا

وقتی که دما ثابت شود (دمای ثانویه) این دما را یادداشت کنید.

نتایج:

دمای اولیه و ثانویه در انحلال پتاسیم نیترات:

دمای اولیه و ثانویه در انحلال سدیم هیدروکسید:

محاسبات:

گرمای جذب شده برای این انحلال از رابطه زیر به دست می آید

Q t(m m A) 1 1 2 2 = Δ c + c +

جرم جسم حل m جرم حلال ، 2 m گرمای جذب شده توسط سیستم برای انحلال ، 1 Q که در آن

ظرفیت گرمایی ک الری متر است . A گرمای ویژه جسم حل شده و c گرمای ویژه حلال، 2 c شونده، 1

cal.deg-1.gr- گرمای ویژه محلول برابر گرمای ویژه آب خالص 1

1، گرمای ویژه پتاسیم نیترات برابر

cal.deg-1.gr-1 cal.deg-1.gr- 0/21 و گرمای ویژه سدیم هیدرواکسید 1

0/48 در نظر گرفته شود .

گرمای به دست آمده از رابطه بالا، گرما ی انحلال 5 گ رم پتاسیم نیت رات در 100 گرم آب است ( با

توجه به اینکه وزن مولکولی پتاسیم نیترات 101 گرم بر مول است). مقدار گرمای انحلال ی ک مول

پتاسیم نیترات و مقدار گرمای انحلال 1 گرم پتاسیم نیترات را بر حسب کیلو کالری محاسبه کنید.

محاسبات قسمت دوم نیز همانند قسمت اول خواهد بود فقط ع لامت با قسمت پیش متفاوت است .

گرمای انحلال مولی سدیم هیدروکسید و گرمای انحلال یک گرم سدیم هیدروکسید بر حسب

کیلوکالری را محاسبه کنید.

38

پرسش:

-1 فرآیندهای گرماگیر و گرماده را بررسی کنید و علت گرماگیر و یا گرماده بودن فرآیند را توضیح

دهید.

-2 در انحلال گرماگیر چه عاملی باعث انحلال خودبخودی می شود؟

-3 آنتالپی انحلال را تعریف کنید.

-4 عوامل ایجاد کننده خطا در آزمایش را بیان کنید

39