Dampfdruck PC Praktikum FS 2016 Dampfdruck von Flüssigkeiten Im Abschnitt Literatur finden Sie einen Link zu Chemgapedia [1]. Suchen Sie dort nach dem Begriff Phasengleichgewichte. So werden Sie ein Tutorial zur Bedienung der Messapparatur finden. Machen Sie sich damit im Vorfeld des Versuches vertraut. Computer mit Netzanschluss stehen im Parterre der phys. Chem. zur Verfügung. 1 Einleitung Den Druck der Gasphase eines reinen Stoffes in einem geschlossenen System, welche sich im Gleichgewicht mit der kondensierten Phase befindet, bezeichnet man als Dampfdruck. Dieser Druck hängt von den zwischenmolekularen Anziehungskräften ab und ist somit charakteristisch für bestimmte Stoffe. Besitzen die Moleküle genügend Energie um die zwischenmolekularen Anziehungskräfte zu überwinden, so können sie von der kondensierten Phase in die Gasphase übergehen. Somit nimmt der Dampfdruck mit steigender Temperatur zu [2]. Für das Gleichgewicht zwischen zwei Phasen gilt die Clapeyronsche Gleichung Sm,1 − Sm,2 dp = , dT Vm,1 − Vm,2 (1) wobei Sm,1(2) die molare Entropie, Vm,1(2) das molare Volumen der Phase 1(2), p der Druck und T die Temperatur sind. Stellt sich ein Gleichgewicht ein, so gilt ∆G = ∆H − T ∆S = 0 ⇔ ∆S = ∆H . T (2) Unter Verwendung von Sm,1 −Sm,2 = ∆Sverd und Vm,1 −Vm,2 = ∆Vverd und Einsetzen von Gl. (2) in Gl. (1) erhält man dp ∆Hverd = . dT T ∆Vverd (3) Nimmt man ferner an, dass a) die Verdampfungsenthalpie ∆Hverd im untersuchten Bereich temperaturunabhängig ist, b) das Molvolumen der Flüssigkeit gegenüber dem des Gases sehr klein ist, c) für die Gasphase das ideale Gasgesetz gilt, erhält man nach Umstellen die Clausius-Clapeyron’sche Gleichung [2] d ln p ∆Hverd = . dT R T2 (4) FS 2016 2 2.1 PC Praktikum Dampfdruck Experimenteller Teil Versuchsaufbau Der Versuchsaufbau besteht aus einem Isoteniskop (Abb. 1) bestehend aus a) einem Verdampfungsgefäss (K) an das ein b) Dilatometer (D) gekoppelt ist. Das Dilatometer ist über c) einen Kühler mit d) einer Saugflasche (SF) verbunden; der Druck wird über e) ein Ventil mit Kapillare (V) geregelt. Die SF ist mit f) einer Vakuumpumpe und g) einem Manometer verbunden. h) Verdampfungsgefäss und Dilatometer befinden sich in einem Thermostat. Abb. 1: Illustration eines Isoteniskops. 2.2 Versuchsdurchführung Füllen Sie das Verdampfungsgefäss (K) und das Dilatometer (D) mit dem zu vermessenden Lösungsmittel und schliessen Sie das Isoteniskop. Da sich Lösungsmittel im Dilatometer befindet, haben wir ein abgeschlossenes System, bestehend aus dem Lösungsmittel im Vorratsbehälter und der Gasphase darüber. Schalten Sie die Kühlung des Isoteniskopes ein und evakuieren dieses langsam mit Hilfe der Vakuumpumpe bis das Lösungsmittel im Verdampfungsgefäss (K) siedet. Bedingt durch die Druckverhältnisse im Isoteniskop strömt die Gasphase des Lösungsmittels durch das Lösungsmittel im Dilatometer (D) aus. Anschlieend wird das Ventil (V) wieder geöffnet und es wird so viel Luft eingelassen, bis die Menisken im Dilatometer (D) auf gleicher Höhe stehen. Ist dieser Stand erreicht, zeigt das Manometer (M) den Dampfdruck bei der im Thermostat eingestellten Temperatur an. Wiederholen Sie die Messung dreimal und notieren Sie sich die TemperaturDruck Wertepaare. Die Messungen sollten nicht zu stark voneinander abweichen. Dampfdruck PC Praktikum FS 2016 Achten Sie darauf, dass kein Überdruck entsteht, da sonst Luft vom Dilatometer (D) zum Verdampfungsbehälter (K) strömt und das Gleichgewicht zwischen flüssiger und gasförmiger Phase im abgeschlossenen System gestört wird. Messen Sie beginnend bei hohen Temperaturen den Dampfdruck des gegebenen Lösungsmittels alle 5 K. 3 Aufgaben 1. Integrieren Sie Gl. 4 und ermitteln Sie ∆Hverd mittels linearer Regression an die Messdaten. Berechnen Sie weiter den Fehler ∆∆Hverd . 2. Berechnen Sie die Verdampfungsentropien ∆Sverd sowie deren Fehler ∆∆Sverd . 3. Vergleichen Sie die Messwerte mit Literaturwerten [3] und identifizieren Sie die zwei vorgegebenen Lösungsmittel. Gehen Sie in einer Diskussion auf Fehlerquellen im Messaufbau ein, welche die Richtigkeit Ihrer Aussage einschränken können. 4. (nur für Chemiker) Prüfen Sie nach, ob die von Ihnen untersuchten Substanzen der Trouton Regel gehorchen. 5. (nur für Chemiker) Nach einer Faustregel nimmt die Siedetemperatur um ca. 20 K ab, wenn man den Druck halbiert. Setzen Sie den Entropiewert aus der Trouton Regel in die Clausius-Clapeyron Regel ein, wenden Sie die allgemeine Gasgleichung an und leiten Sie daraus eine Beziehung zwischen Druck und Siedetemperatur her. Literatur [1] http://www.chemgapedia.de, 2016. [2] P. W. Atkins and J. de Paula, Physikalische Chemie, Vol. 4, Wiley, 2006. [3] http://webbook.nist.gov/chemistry, 2016.
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