گزارش کارهای آزمایشگاه شیمی فیزیک 1

فرمت فایل گزارش کارها: Word تایپ شده( قابل ویرایش و آماده پرینت )

عنوان و مشخصات گزارش کارها:

1- تعادل مایع – بخار در سیستم های دو جزئی(آزئوتروپ)          تعداد صفحات:  29 صفحهWord

2-  انبساط آدیاباتیک           تعداد صفحات:  3 صفحهWord

3- اندازه گیری انتالپی استاندارد انحلال    تعداد صفحات:  6 صفحهWord

4- تعیین آنتالپی مولی استاندارد تبخیر آب          تعداد صفحات:  8 صفحهWord

5- نمودار فازی سیستم دو جزئی نفتالین – بنزن(اوتکتیک)   تعداد صفحات:  7 صفحهWord

6- تعیین حجم مولی جزئی     تعداد صفحات:  10 صفحهWord

7- تعیین وزن مولکولی به روش انجماد سنجی   تعداد صفحات:  9 صفحهWord

8- سیستم سه جزئی آب،تولوئن،اتانول     تعداد صفحات:  12 صفحهWord

9- تعادلات شیمیایی        تعداد صفحات:  7 صفحهWord

10- تعیین درجه ی واکنش های شیمیایی       تعداد صفحات:  10 صفحهWord

11- مبحث کالریمتری       تعداد صفحات:  7 صفحهWord

12-کشش سطحی      تعداد صفحات:  6 صفحهWord

13- جذب سطحی بر روی ذغال فعال    تعداد صفحات:  6 صفحهpdf

14- اندازه گیری ویسکوزیته مایعات و مطالعه تغییرات آن با دما          تعداد صفحات:  6 صفحهpdf

قسمتی از متن گزارش کارها:

 آزئوتروپ:
به انگلیسی:( Azeotrope) در اصطلاح ترمودینامیک شیمیایی به مخلوط هایی گفته می شود که با تقطیر ساده قابل جداسازی نباشند. قانون رائولت در شرایط تعادل مایع-بخارو برای یک محلول ایده آل بیان می کند که فشاریک بخار وابسته است به ترکیبات شیمیایی آنها و تجزیه مولی ذراتش. در نتیجه فشار بخار با کسر مولی ذرات رابطه ای خطی خواهد داشت. اما در مخلوط های آزئوتروپ این رابطه از فرم خطی خارج می شود.
می دانید هنگامی که مخلوطی از دو مایع جوشیده می شود، دما را افزایش می دهیم تا جاییکه ابتدا یکی از مایعها به جوش آید و تا اتمام مایع اول، دما ثابت می ماند. این دمای جوش مایعی است که دمای جوش ان کمتر است و بنابراین فشار بخار کافی برای جوشیدن آن زودتر مهیا می شود.
پس از اتمام مایع اول، با ادامه حرارت دادن، دما افزایش می یابد تا اینکه به نقطه ی جوش مایع دوم برسد. دوباره دما در اینجا ثابت می ماند تا اینکه تمام مایع دوم نیز تبخیر شود.
اما موقعی که مایعی با یک ترکیب درصد خاص، می جوشد ، بخار و مایع ترکیب یکسانی خواهند داشت. از آنجایی که عمل تبخیر، ترکیب مایع را تغییر نمی دهد، در این ترکیب درصد خاص، کل نمونه ی مایع در دمای ثابتی خواهد جوشید. چنین محلولی با دمای جوش ثابت را یک آزئوتروپ می نامند. رفتار جوش محلول آزئوتروپ به رفتار جوش ترکیب خالص شباهت دارد. البته ترکیب آزئوتروپ به فشار بستگی دارد. مخلوطی که در یک فشار رفتار آزئوتروپ از خود نشان می دهد، در فشار متفاوت دیگری، دیگر در محدوده ای از دما، نه در یک دمای ثابت، خواهد جوشید.
به عبارت دیگر، بسیاری از محلولهای همگن مواد آلی تقریبا” ایده آل عمل می کنند. ولی مخلوط تعداد زیادی از مایعات نحوه ی عملشان ایده آل نمی باشد. محلول هایی که فشار بخار بیشتری از فشار پیش بینی شده (مطابق قانون را ئولیت) ایجاد می کنند، گفته می شود انحراف مثبت دارند و بعکس آنهاییکه فشار بخار کمتری ایجاد می کنند، انحراف منفی دارند.
در انحراف مثبت نیروی جاذبه ی بین مولکولهای اجزای مختلف، ضعیف تر از نیروی جاذبه بین مولکولهای مشابه یک جزء استABبنابراین وقتی ترکیب درصد محلول، به یک مقدار معینی می رسد که در این حالت ترکیب درصد بخار و مایع برابر باشد، به محلول با این ترکیب درصد مشخص، مخلوط آزئوتروپ با جوش مینیمم نامیده می شود . در انحراف منفی از قانون رائولت، نیروی جاذبه بین مولکولهای مختلف دو جزء سازنده، قویتر از نیروی جاذبه بین مولکولهای مشابه یک جزء می باشد. و در ترکیب درصد معینی، محلول آزئوتروپ با جوش ماکزیمم را به وجود می آورد. البته باید به نمودارهای درجه حرارت بر حسب ترکیب درصد مربوطه در کتابهای شیمی فیزیک مراجعه بفرمایید.
برای تقطیر یک مخلوط به منظور جداسازی اجزای ان از یکدیگر، ترکیب درصد مخلوط در نقطه ی آزئوتروپ نباشد، زیرا در اینصورت دوباره هر دو مایع با یکدیگر می جوشند. ترکیب درصد آن باید قبل یا بعد از نقطه ی آزئوتروپ باشد.
شکستن آزئوتروپ یاazotrope breaking  به جداسازی مخلوط آزئوتروپ گفته می شود. چون در نقطه ی آزئوترپ نمی توان برای جداسازی مخلوط نمی توان از تقطیر استفاده کرد.
کاربرد آزئوتروپ در جداسازی مواد است. چنانچه بخواهیم دو حلال را جدا کنیم حتماً جداسازی باید در ترکیب درصد بالا یا پایین ترکیب آزئوتروپ صورت گیرد زیرا در صورتیکه تقطیر در ترکیب درصد معادل با نقطه ی آزئوتروپ باشد، دو حلال با هم جوشیده و تبخیر می شوند و امکان جداسازی آنها فراهم نمی شود. عکس این حالت نیز ممکن است، چنانچه نخواهیم دو حلال از هم جدا شوند، ترکیب درصد آنها را ترکیب درصد نقطه ی آزئوتروپ آنها انتخاب می کنیم.

 
هدف:

تعیین آنتالپی استاندارد انحلال بنزوییک اسید در آب بر اساس قابلیت انحلال آن در دماهای مختلف

تئوری:

تغییر آنتالپی مربوط به فرایندی که در آن یک ماده حل شونده در یک حلال حل می شود را آنتالپی انحلال می نامند.
مقدار آنتالپی انحلال برحسب کیلوژول بر مول حل شونده همانند آنتالپی آب پوشی به غلظت محلول نهایی بستگی دارد.بجز در مواردی که مشخص شده باشد آنتالپی انحلال فقط در تهیه محلول هایی با رقت بی نهایت به کارمی رود.آنتالپی انحلال برای هر ماده حل شونده و هر حلال در رقت بی نهایت ثابت است.
تغییر آنتالپی مربوط به تهیه یک محلول نتیجه کلی انرژی لازم برای شکستن برخی پیوندها با جاذبه شیمیایی (ماده حل شونده –ماده حل شونده و حلال – حلال )و انرژی آزاد شده در اثر تشکیل پیوندهای جدید (ماده حل شونده – حلال )است.مثلا آنتالپی انحلال برای تهیه محلولی از در آب را می توان مجموع دو تغییر آنتالپی دانست:
 (1انژی لازم برای شکستن ساختار بلوری و تشکیل فرم گازی یون ها (انرژی شبکه با تغییر علامت (

 (2آنتالپی آب پوشی که انرژی آزاد شده در اثر آبی پوشی یون های گازی است

آنتالپی آب پوشی در واقع مجموع دو تغییر آنتالپی است:انرژی لازم برای شکستن پیوندهای هیدروژنی بین برخی ازمولکولهای آب و انرژی آزاد شده در اثر آب پوشی یون ها به وسیله این مولکول ها .در هر حال مطالعه این دو به طور جداگانه دشوار است.
در این مثال فرایند کلی گرماگیر است.آنتالپی انحلال مثبت است زیرا انرژی لازم در مرحله اول بیشتر از انرژی آزاد شده در مرحله دوم می باشد:
برخی از آنتالپی های انحلال منفی اند.زیرا انرژی بیشتری در اثر آب پوشی یون های ماده حل شونده (مرحله دوم (آزاد می شود تا انرژی لازم برای شکستن ساختار بلوری (مرحله دوم 🙁
عوامل بوجود آورنده مقداری بزرگ و مثبت برای مرحله دوم سبب بوجود آمدن مقداری بزرگ و منفی در مرحله دوم نیز می شوند.به این ترتیب قدر مطلق مقادیر به دست آمده در هر دو مرحله به یکدیگر نزدیک اند و آنتالپی انحلال بسیار کوچک تر از هر یک از آنهاست. خطای نسبتاً کوچکی در اندازه گیری انرژی شبکه یا آنتالپی آب پوشی می تواند منجربه خطای نسبتاً بزرگی در آنتالپی انحلال شود.مثلا اگرانتالپی انحلالی رابدست اوریم که خطای در هر یک از مقادیر اولیه (که حدود یک درصد خطا در هر مورد است)باشد باعث می شود که نتیجه نهایی تا ده خطا داشته باشد که در مورد آنتالپی انحلال خطایی درحدود پنجاه درصد است. اگر حلال دیگری بجز آب در تهیه محلول به کار رفته شود همین تحلیل را می توان به کار برد.مقدار مربوط به مرحله دوم را آنتالپی حلال پوشی می نامیم.
در مورد انحلال مواد غیر یونی نیز همین ملاحظات را می توان به کار برد. انرژی شبکه بلورهای مولکولی به اندازه انرژی شبکه بلورهای یونی نیست زیرا قدرت نیروهای نگهدارنده بلورهای مولکولی در کنار یکدیگر به قدرت بلورهای یونی نمی رسد.البته انرژی حلال پوشی نیز برای ترکیبات مولکولی پایین است.برای اجسام مولکولی که بدونیونش و بدون بر همکنش قابل توجه حلال_حل شونده در حلال های غیر قطبی حل می شوند آنتالپی انحلال گرما گیر است ومقدار آن نیز در حدود آنتالپی ذوب ماده حل شونده می باشد.
گازها به تدریج درمایعات حل می شوند وطی این فرایندگرماآزادمی شود. چون برای جداسازی مولکول های گازانرزی لازم نیستتغییر عمده آنتالپی در این فرایند های انحلال فقط شامل حلال پوشی مولکول های گاز است به این ترتیب فرایند گرما زاست.البته موارد استثنا هم وجود دارد به ویژه در صورتی که گاز (حل شونده)با مایع (حلال)واکنش بدهد.

 تئوری:
تعیین آنتالپی مولی استاندارد تبخیر

آنتالپی تبخیر با نماد ΔHvap به عنوان گرمای نهان یا گرمای تبخیر شناخته می شود . به انرژی مورد نیاز برای تبدیل یک مایع به گاز آنتالپی تبخیر می گویند که واحد آن ژول بر مول می باشد. آنتالپی تبخیر وابسته به دما است اگرچه ثابت آنتالپی تبخیر می تواند برای حرارت های کم و دماهای پایین حدس زده شود . آنتالپی تبخیر با افزایش دما کاهش می یابد و در دمای بحرانی به صفر می رسد زیرا بالای دمای بحرانی فاز مایع و بخار دیگر وجود ندارد.
آنتالپی تبخیر با استفاده از درجه حرارت ثابت اندازه گیری می شود به  معنی رسیدن به درجه حرارت پایین قبل از تبخیر ،به منظور بالا بردن دما و در نتیجه انرژی جنبشی گرما اضافه می شود.آنتالپی تبخیر اندازه گیری مقدار گرمای اضافه شده است. آنتالپی استاندارد تبخیر همه ی موارد مثبت است.هر چه نیروی جاذبه میان ذره های تشکیل دهنده ی یک ماده قویتر باشد آنتالپی تبخیر آن ماده بیشتر است.

عوامل خطا:

1- خطا در دید هنگام مشاهده دمای دماسنج هنگام انجماد مخلوط لوله ها
2- یکنواخت نبودن دما در لوله
3-وجود ناخالصی در نفتالین
4- عدم دقت در تشخیص زمان ذوب نفتالین
5- کالیبره نبودن دما سنج
6- کم یا زیاد بودن حرارت هیتر
7- عدم هم زدن لوله وعجله هنگام سرد کردن حمام

پیشنهادات جهت رفع خطا:

1- هم زدن محتوی درون هر لوله
2- استفاده از یک حمام بزرگتر و قابل کنترل که بتوان افزایش و افت دما را کنترل کنیم.

بحث ونتیجه گیری:

مایعی با ترکیب اتکتیک در یک تک دما منجمد می شود بدون اینکه دو ماده A و B جامد قبل از آن ته نشین شده باشد. جامدی با ترکیب اتکتیک بدون تغییر ترکیب ذوب می شود و این دما از دمای انجماد هر مخلوط دیگری کمتر است.همچنین نتیجه می گیریم که رنج دمایی ذوب در مواد جامد باید بین 1 – 2 درجه باشد که در غیر این صورت یا ترکیب خالص نیست که باید از طریق تبلورمجدد تا حد امکان خالص سازی کنیم، و یا اینکه خطای آزمایش بالا می باشد.
همچنین می فهمیم که با افزایش ناخالصی به ماده ی خالص دمای ذوب کاهش می یابد که این به دلیل پتانسیل های شیمیایی آن هاست.

وسایل آزمایش :
 پیپت  2 و 20 سی سی، قیف دکانتور 2 عدد، ارلن 100 سی سی 4 عدد و2 عدد 200، درب چوب پنبه ای، محلول اشباع ید در بنزن، سدیم تیوسولفات 0.1 و0.01 نرمال، بورت، چسب نشاسته، محلول پتاسیم یدید 0.1 نرمال، همزن مکانیکی و آب مقطر

روش :
 10 سی سی محلول اشباع یدور بنزن با 60 سی سی آب مقطر در ارلن 200 سی سی(ارلن شماره 1) و 10 سی سی محلول اشباع یدور بنزن با 60 سی سی KI در ارلن 200 سی سی  (ارلن شماره 2) و چند دقیقه در همزن قرار می دهیم.بعد با قیف دکانتور فاز آلی و آبی را جدا می کنیم.از ارلن شماره 1 ،20 سی سی ا ز فاز آبی برداشته با 10 قطره چسب با 〖 تیتر S〗_2 O_(3=0.01)تا بی رنگ شود و 5 سی سی از فاز آبی برداشته 5 سی سی KI با 〖 تیتر S〗_2 O_(3=0.1)تا قرمز روشن و بعد 10 قطره چسب ادامه تیتر تا بی رنگ.برای ارلن شماره 2 مشابه 1 با این تفاوت که فاز آبی با 〖 تیتر S〗_2 O_(3=0.1)شود.
    

محاسبات :

نقش برخورد در سرعت واکنش:
    
برای انجام یک واکنش شیمیایی ، باید مولکولهای واکنش‌دهنده آنقدر به هم نزدیک شوند تا بین آنها برخورد ایجاد شود. این برخوردها وقتی منجر به انجام واکنش می‌شوند که مؤثر باشند، یعنی جهت‌گیری و انرژی برخوردها طوری باشد که بر اثر برخورد برخی پیوندها شکسته شده و پیوندهای جدیدی تشکیل شوند که نتیجه این عمل تولید مولکولهای جدید یعنی محصول است.
سرعت هر واکنش شیمیایی متناسب است با تعداد برخورد مولکولها در واحد زمان. اگر تمام برخوردهای مولکولها منجر به انجام واکنش شود، مدت زمان انجام واکنشها باید خیلی کمتر باشد. طبق محاسبات مختلف از هر 1014 برخورد ، فقط یک برخورد به واکنش منجر می‌شود. یعنی برخوردهایی موجب انجام واکنش می‌شوند که انرژی حاصل از برخورد برابر یا بیشتر از انرژی فعالسازی باشد.
انرژی فعالسازی می باشد.

عوامل مؤثر بر سرعت واکنش :
عوامل گوناگونی بر سرعت واکنش تاثیر دارند که بطور مختصر در مورد هر کدام توضیحی ارائه می‌شود و در ادامه برخی تئوری های موجود در مورد تاثیر دما در سرعت واکنش را بررسی می کنیم.
حالت فیزیکی واکنش دهنده‌ها :
برای انجام یک واکنش ، واکنش‌دهنده‌ها باید با هم مخلوط شوند تا در مجاورت همدیگر قرار گیرند. اگر واکنش‌دهنده‌ها هم‌فاز باشند، یعنی همگی گاز یا بصورت حل شده در حلالی باشند، واکنش با سرعت بیشتری رخ می‌دهد.
دما :
از مهمترین عوامل مؤثر بر سرعت واکنشهای شیمیایی است. در برخی از واکنشها با افزایش چند درجه سانتی‌گراد ، سرعت واکنش ممکن است چند برابر بیشتر شود. البته استثناهایی هم وجود دارد.

مقدمه:

اصولاً کالری متر یک روش اساسی اندازه گیری گرمای سوختن است ، ولی غیر حساس بوده و معمولاً نیاز به وسائل پیچیده ای دارد ، به آسانی قابل حمل نبوده و به طور تجاری در دسترس     نمی باشد ، به کندی عمل نموده و از زمانی که برای اندازه گیری تنظیم می شود مدتی طول می کشد تا به پایداری حرارتی برسد . در نتیجه کالریمتر معمولاً برای کارهای استاندارد و یا کاربردهای تحقیقاتی محدود می شود .
کالری مترها از نظر اندازه گیری به دو نوع هم دما ( ایزوترم ) و غیر هم دما تقسیم می شوند . کالری مترهای هم دما ، تغییرات فازی در یک درجه حرارت مشخص را که در اثر جذب انرژی به وجود می آید ، اندازه گیری می نمایند . حال آنکه کالری مترهای غیر هم دما مقدار انرژی جذب شده را توسط تغییرات درجه حرارت اندازه گیری نموده ، و معمولاً به دو صورت با درجه حرارت محیط ثابت و بی دررو مورد استفاده قرار می گیرند .

نکته مهم: همه این گزارش کارها توسط دانشجوی فارغ التحصیل، رتبه اول رشته شیمی محض در مقطع کارشناسی دانشکده شیمی،دانشگاه فردوسی مشهد تهیه شده است و از دقت و کیفیت بالایی برخوردار است.

تهیه شده توسط سایت فایلکده برتر