گزارش درس زیست شناسی

تعیین گرمای انحلال پتاسیم نیترات

آزمایش تئوری:

گرماي انحلال گرمايي است که به هنگام حل شدن مواد درحلال بامحيط اطراف مبادله مي شود . بااندازه گيري تغيير دماي حلال پس از انحلال ماده مي توان گرماي انحلال را محاسبه نمود.

انحلال مواد درحلال طي سه مرحله انجام مي پذيرد.

درمرحله اول جاذبه بين بعضي از ذرات حلال ازبين مي رود  ،درنتيجه اين مرحله گرماگير است.

درمرحله دوم جداشدن ذرات حل شونده صورت مي گيرد که اين مرحله نيز گرماگير خواهد بود .

اما درمرحله سوم بين ذرات حلال وحل شونده جاذبه برقرار مي شود،که درنتيجه آن گرما آزاد خواهد شد .

مجموع گرماي اين سه مرحله گرماي انحلال ناميده مي شود ،لازم بتذکر است که علاوه بر عامل انرژي نقش عامل بي نظمي را در انحلال پذيري  مواد  بايد درنظرداشت.انحلال اغلب مواد جامد درآب باافزايش بي نظمي همراه است .مواد جامد يوني ضمن انحلال درآب  يون هاي آبپوشيده تشکيل مي دهند و مواد کوالانسي  مولکولي  نظير الکل ، اوره  و شکر به کمک پيوند هيدروژني. 

مفهوم ظرفیت گرمایی:

"ژول" با آزمایش نشان داد که هرگاه مقدار معینی از انرژی مکانیکی به گرما تبدیل شود، مقدار گرمای حاصل همیشه یکسان است. بنابراین هم‌ارزی گرما و کار مکانیکی به‌عنوان دو شکل انرژی کاملا محرز است. " هلمهولتز " اولین کسی بود که بوضوح بیان کرد که نه‌تنها گرما و انرژی مکانیکی ، بلکه تمام شکلهای انرژی هم‌ارزند و مقدار معینی از یک شکل انرژی از بین نمی‌رود، مگر آنکه همان مقدار در یکی از شکلهای دیگر انرژی ظاهر شود، بنابراین گرما صورتی از انرژی است.    

حال اگر چنانچه بخواهیم دمای جسمی را به اندازه واحد افزایش دهیم، در این صورت بسته به نوع جسم ، این مقدار گرما متفاوت خواهد بود. کلمه ظرفیت، در ظرفیت گرمایی بویژه گمراه کننده است، چون عبارت مقدار گرمایی را که یک جسم می‌تواند نگه دارد، به یاد می‌آورد که اساسا بی‌معنا است.اصولا می‌توان ظرفیت گرمایی را به‌عنوان یک ثابت تناسب در نظرگرفت، یعنی مقدار گرمای داده شده به یک جسم با تغییر دمای آن جسم متناسب است و با ضرب کردن ظرفیت گرمایی در طرف دوم این رابطه ، رابطه تناسبی به یک تساوی تبدیل می‌شود، یعنی نسبت مقدار انرژی گرمایی که به یک جسم داده می‌شود، بر افزایش دمای متناظر با آن را ظرفیت گرمایی آن جسم می‌گویند به عبارت دیگر نسبت گرمای مبادله شده با سیستم به تغییر دمای ناشی از مبادله گرما را ظرفیت گرمایی می گویند.

ظرفیت گرمایی واحد جرم یک جسم را ظرفیت گرمایی ویژه آن جسم و ظرفیت گرمایی به ازای یک مول از ماده را ظرفیت گرمایی مولی می گویند. گرما از طریق آثار آن بر جسمی که از آن عبور می کند بررسی می شود. می توان تصور کرد که هر جسم ظرفیتی برای گرما دارد. هر چه در یک جسم تغییر دما به علت انتقال مقدار مشخصی از گرما کم تر باشد، ظرفیت آن بیش تر است. مشکل این است که C را، مانند Q، به جای یک تابع حالت، یک کمیت وابسته به فرایند می کند. انرژی داخلی ماده با افزایش دما زیاد می شود. این افزایش به شرایطی بستگی دارد که گرما داده می شود. ظرفیت گرمایی در حجم ثابت را با CV نمایش می دهند.

به بیان دیگر گرمای ویژه هر جسم عبارت است از مقدار گرمایی که باید به یک کیلو گرم از آن جسم داده شود تا دمای آن یک درجه سلسیوس افزایش یابد.

گرمای ویژه C = Q/m∆Ө             Q = mC∆

که Q گرمای واکنش، m جرم، C گرمای ویژه، ∆Ө اختلاف دما  می باشد.

ارزش آبی جسم

 میزان گرمایی که دمای جسم را به اندازه واحد دما تغییر می دهد ظرفیت گرمایی جسم نامیده می شود. اگر مقدار گرمای داده شده به جسم را با Q و تغییر دمای آن را با Δθ نشان دهیم،  A، ظرفیت گرمایی جسم از رابطه A=Q/Δθ  به دست می آید.

 برای یک ماده خالص ظرفیت گرمایی واحد جرم آن ماده را گرمایی ویژه آن می نامند و با c نشان  می دهند بنا بر این ظرفیت گرمایی جرم m از یک ماده خالص از  رابطه   A=mc. Δθ تعیین می شود.گرمای ویژه آب خالص بنا به تعریف کالری برابر یک کالری بر گرم بر درجه سانتیگراد است . بنا بر این جسمی که ظرفیت گرمایی آن A است در مقابل گرما نقشی معادل A گرم آب دارد. به همین دلیل A را ارزش آبی جسم نیز می نامند. 

آزمایش نظری:

وسايل و مواد مورد نياز :

1. بشر      2. استوانه مدرج    3. پتاسيم نيترات    4.هیتر     5. آب    6.. ترازوي ديجيتالي       7. دما سنج

توجه : ابتدا وسايل مورد نياز را با آب شهري و سپس با آب مقطر مي شوييم تا از تمييز بودن آن اطمينان حاصل شود .

ازمایش در دو مرحله انجام می شود :

الف)تعیین ارزش آبی کالریمتر

ب) تعیین گرمای انحلال نیترات پتاسیم

مراحل انجام آزمایش الف:

ابتدا 25میلی لیتر اب را با استفاده از استوانه مدرج اندازه می گیریم و داخل کالریمتر می ریزیم و سریع درب پوش آن را قرار می دهیم و از شیار آن دما سنج را داخل گرماسنج انتقال می دهیم به صورتی (T1)که دما سنج کامل با انتهای ظرف تماس داشته باشد. پس از گذشت یک دقیقه و ثابت شدن دما دمای آب را یادداشت می نماییم که برابر20درجه می باشد .سپس 25میلی لیتر اب را با استوانه مدرج اندازه گرفته و داخل بشر می ریزیم و بر روی هیتر تا دمای60درجه (دمای ثانویه)گرم می نماییم .باید توجه داشت دما سنج با انتهای بشر حداقل نیم سانتی متر فاصله داشته باشد. هنگامی که دمای آب داخل بشر به دمای مورد نظر رسید انرا به داخل کالریمتر ریخته و درب پوش انرا قرار می دهیم.وبا دما سنج پس از گذشت چند دقیقه و ثابت شدن دمای دما سنج دمای انرا ( دمای کل)که 31درجه می باشد را یاد داشت می کنیم.                                                                                                       

انجام محاسبات:                                                                                                                                                    

                                                                                                                                   Tدمای کل:31=

دمای ثانویه:T2=60            دمایی که آب گرم از دست می دهد:Q1    

دمایی که آب سرد و اجزاء کالریمتر می گیرد:Q2         ارزش آبی کالریمتر:A          ظرفیت گرمایی ویژه آب:C=4/18                         وزن آب:m

Q₁ = m C (t₂ – t)        Q₂ = (m .C + A) (t – t₁)

=> m C  (t₂ – t) = (m. C + A) ( t – t₁)   Q₁ = Q₂

مراحل انجام آزمایش ب:

ابتدا 50 میلی آب را داخل کالریمتر می ریزیم.دمای آب داخل کالریمتر را تعیین می نماییم که برابر 5/22 درجه(t1)می باشد.سپس یک گرم پتاسیم نیترات را با ترازوی دیجیتال اندازه گیری می کنیم. باید توجه داشت که در هنگام اندازه گیری پتاسیم نیترات را بر روی کاغذی می ریزیم که عدد ترازو بعد از قرار گیری کاغذ بر روی صفر تنظیم شده باشد.سپس نیترات پتاسیم را به آب داخل کالریمتر اضافه می کنیم و درب کالریمتر را فورا قرار می دهیم و دما سنج را از شیار آن وارد می کنیم .و تا ثابت شدن دمای کالریمتر آنرا بهم میزنیم .پس از ثابت شدن دما دمای 5/21بدست می آیدکه به عنوان (t2)در نظر می گیریم.

انجام محاسبات:

جرم مولکولی پتاسیم نیترات:101M         وزن آب:m1=50         وزن نیترات پتاسیم:m2=1

ظرفیت گرمای ویژه اب:c₁₌4/18       ظرفیت گرمایی ویژه پتاسیم نیترات:c₂₌0_/88

Q1=Q  اب+پتاسیم نیتراتQ3+Q2کالریمتر

m₁C₁ (t₂ – t1) + A (t₂ – t1) + m₂ C₂ (t₂ – t₁) = Q

گرمای انحلال مولی=Q_X101

نتیجه گیری:

از این آزمایش می توان نتیجه گرفت که هر چه ظرفیت گرمایی یک ماده بیشتر باشد، آن جسم دیرتر گرم شده و وقتی گرم شد دیرتر سرد می شود که مقدار آن ثابت بوده واین امر برمقدار گرمای واکنش تاثیر گذار است.

سوالات:

1-چه تفاوتی بین ظرفیت گرمایی و ظرفیت گرمایی ویژه وجود دارد؟

ظرفیت گرمایی مقدار گرمای مورد نیاز برای تغییر دمای جسم به اندازه⁰C1 است ولی در ظرفیت گرمایی ویژه گرمایی ویژه گرمایی مورد نیاز برای گرم کردن به اندازه یک درجه سانتیگراد برای واحد جرم جسم است.

Top of FormBottom of Form

2-آیا ظرفیت گرمایی ویژه به دما بستگی دارد؟

بله – طبق رابطه                 با آن رابطه عکس دارد.