Тапсырманы орындау реті:

Түзілу жылулары реакцияның жылу эффекіілерін анықтаған жағдаймен бірдей кездегідей алынуы тиіс. Егерде түзілу жылулары стандартгы жағдайын алынган болса, онда реакцияның жылу эффекгілері де сол жағдаймен альшады. Содан соц, Кирхгоф тендеуін қолдана отырьш, басқа температурадағы жылу эффектісін есептейді. Бұл кезде реакцияның Гиббс энергиясы есептелінеді.

Кез келген температурадаіы тепе-тендік түрақтысын есептеу үшін, Ванг-Гофф тендеуін интегралдау қажет:

1)Жылу эффектісі температураға төуелсіз деген жагдайда қарастырсақ, (10) теңдеуін интеіралдау жуықгау шамамен мьша өрнекті береді:

немесе

мүнда В-интегралдау тұрақтысы.

2)Жылу эффекіісінің температурага тәуелсіздігін еске алу үшін реагенттердің молекулярлы жылу сыйымдылықтарының

температурадан төуелділіктерін білу керек я р (Т).

Әдетге бұл төуелділікті "Т" бойынша дәрежелік қатар ретінде көрсетеді:

Сонда реакция үшін былай жазуға болады:

Мұндағы Аа, АЬ, AC және AC -алгебралық қосындылар, оларды жеке заттардың жылу сыйымдылықтарының коэффициенттері арқылы есептейді.

(10) төуелділігіне лайық жылу эффектісінің температурага тәуелділігін аламыз:

Ванг-Гофф теңдеуіне осы (14) теңдеуіндегі АН° менін интегралдаудан соң орньша қойсақ және де натурал логарифмнен ондыққа өтсек, мынадай ернек аламыз:

Мұнда: J-интегралдау тұрақтысы.

Бұл тендеуге Кирхгоф теңдеуіндегі интеграладу тұрақгысы АН" кіреді. Егерде (15) теңдеуі бойынша кез-келген температурадағы тепе-тендік тұрақгысы анықгалған болса немесе жеке затгардың химиялық тұрақгылықгары арқылы "J" тұрақгысьш есептеуге болады. (15) теңцеуі (11) қарағанда тіптен принципиалды жакэ дәлдікке ие.

Интегралдау түрақгысы "J" есептеу үшін жөне де соған сөйкес тепе-тендік түрақгысьш да есептеуге бірнеше өдістер қолданылады. Соның бірі ретінде, К^^ есептеуге термодинамикалық функциялардың стандартты кестелері өдісі пайдаланылады. Стаңдартгы жағдай ретінде қысым Р=1,013310Ша және базистік температура Т=298,16К кдбылданады.

Стандартты кестелерге жай жөне химиялық қосылыстардың энтропиясының АіУгдв абсолютгік мәндері, химиялық қосылысгардың

АЯ°Д98 немесе AG^298 мендері келтірілген. Бұл шамалар жай

заггардан түзілу реакциясы нәтижесіндегі энтальпия және Гиббс энергиясьшың езгерісін анықтайды (өрнектейді). Қай заттар үшін

стандартты жағдайда АЯ" 29« жөне AGf2% мәндері нольге тең деп есепгелінеді. Стандартты кестелерде келгірілген мәліметтерге сүйеніп берілген химиялық процесс үшін АН^^^ және AG298 есептелік:

болғандықган, (19)

болады. Бүдан Т=298К

Нәтижелерді рәсімдеу:

Сонымен, тепе-теңдік түрақгысьш есептеу үшін ербір әрекеттесуші заттар үшін мыналарды білу қажет:

148

1. Жылу сыйымдылықтың температураға төуелсізділігін- Ср;

2. Стандартгы жағдайдаіы түзілу энталыпшсының өзгерісін-

3.Стандартгы жағдайдағы энтропия .S'jgg мәнін немесе Гиббс

энергиясының өзгерісін AG298.

1.4. Химиялық тепе-теңдктіі экспериментады. Зертгеудің пршщипі

Химиялық тепе-тендікті төжірибелік зерттеудін, негізгі мақсаты тепе-тендіктегі қоспаның қүрамын аныңату. Ол үшін, сыртқы жағдайларды (өсерлерді) тұрақты үстай отырып, уақьгг өзгерісіне сәйкес әсерлесуші қоспаның қүрамьшың езгеруін бақылап отыру қажет. Бүл байқауды қүрам өзгермей қалғаншажүргізу керек.

Температураның түрақтылығын термостат арқылы іске асырылады, ал қысымы түрақты болу үшін маностат пайдаланылады.

Тепе-тендік құрамды өлшеу барысында езгерістер болдырмау мақсатьшда физика-химиялық анализдің әдістері қолданылады. Олар орныңқан тепе-тендікті бұзбай қоспакы анализ жасауға мүмкіндік береді. Әсіресе электрохимиялық және спектрлік өлшеулер ыңғайлы келеді.

Өзііздік дайындықкд арналған сұрақгар:

а)Химиялық тепе-тендік. гомогенді және гетерогенді реакциялар-дағы химиялық тепе-тендіктің константасы.б) Химиялық тепе-тендік константасьшың эр түрлі өрнектелу тэсілдері. В)Химиялық реакцияның изотермиялық теңдеуі, оның анализі (талдауы). Г)Химиялық тепе-тендік константасының температураға туелділігі.

№ 6 лабораториялық жұмыс: Гомогенді, гетерогенді жүйелердегі (сүйық фаза) химиялық тепе-теңдікті анықтау

Сабақтың мақсаты Гомогенді, гетерогенді жүйелердегі (сүйық фаза) химиялық тепе-теңдікті анықтау

Тапсырмалар: 1. Гомогенді жүйелердегі (сүйық фаза) химиялық тепе-теңдікті анықтау

2. Гетерогенді жүйедегі химиялық тепе-тенд1кті анықтау

Құрал-саймандар, ыдыс-аяқ, инструменттер: Колбалар, бюретка, 15 мл 4N СН3СООН, 5 мл 0,5N НС1 және 5 мл этил спирті, салқьшдатқыш, термостат 15 мл 2N СН3СООН, 5 мл 0,5N HCl және 5 мл этил спиртін 15 мл дистилденген су, 5 мл этил ацетат және 5 мл 0,5 N НС1

Тапсырма 1: Гомогенді жүйелердегі (сүйық фаза) химиялық тепе-теңдікті анықтау

Бұл жүмыста күрделі эфирде мынадай тендеу арқылы

түзілегін реакцияның химиялық тепе-тендігін зертгеуі қарастырылған.

Реакция бөлмелік температурада баяу жүреді. Сондықтан оны түз қышқылының қатысуьшда 2-3 сағат бойы 70-80°С температурада жүргізіледі. Теменгі температурада қайнап кететін затгар қыздыру барысында ұшып, кетпеу үшін, реакцияны кері, салқындатқьппы бар колбаларда жүргізеді.

Этилацетатгың түзілу жылуы өте аз, сол себеші Ванг-Гоффтың изотерма теңцеуіне сәйкес, бұл реакцияның тепе-тендік константасы (тұрақтысы) температураға тәуелсіз. Қоспаның қүрамының өзгерісін

қьшқылдың қоспадағы жалпы концентрациясының өзгерісі арқылы байқап отырады.

Тепе-тендікті тура және кері реакциялардың жылдамдыңтарын СН3СООН тура реакция мен CHjCOOC^Hj кері реакциялардың бастапқы концентрацияларының түрлі мөндерінде өлшеу арқылы зерттейді. Әрекетгесуші затгардың концентрацияларьшың өзгерісін тепе-тендік орнағаішіа бақылап отырады.

Жумыстың орыңцалу барысы

Сыйымдылығы 50 мл, терт қүрғақ колбаға пробка арқылы штативке бекітілген кері салқьшдатқыш қосылады.

Ешкдндай кемшілік жоқ екеніне кез жеткізген соң тәжірибе жасауды бастайд,ы.

Колбаларды номерлеп алып N 1-не бюреткадан 15 мл 4N СН3СООН, 5 мл 0,5N НС1 және 5 мл этил спиртін қүяды. Колбаны салқьшдатқьшіқа қосьш суда жіберіп, колбаны УО-ЗО^С аральпъшда үстайтьш термостатқа жайғастырады. Содан соң N 2-ші колбаға бюреткадан 15 мл 2N СН3СООН, 5 мл 0,5N HCl және 5 мл этил спиртін құяды. Бүл колбада салқьшдатқьшіпен қосып, термостатқа қояды. Үшінші колбаға (N3) 15 мл дистилденген су, 5 мл этил ацетат және 5 мл 0,5 N НС1 қүяды.

Тапсырма 2: 1. Гетерогенді жүйедегі химиялық тепе-тенд1кті анықтау

Құрал-саймандар, ыдыс-аяқ, инструменттер: Кальций көмірқышқылы, кварц ампула, пеш, сатылы реттегіш, ЛАТР, термопара, Дьюар ыдысы

Химияльж, реакцияның изобарлық тендеуі.

Жотары температурада металл карбонатгары мына тендеу бойынша диссоциацияланады:

М еСОз=МеО+С02

Термопараның суық қосылған жаіы Дьюар (6) ыдысына батырылған жөне оның температурасы белме температурасьша сәйкес. СО^ қысымы 100-120 MM сынап бағ. дейінгі кезде жабық манометр көмегімен 7, ал жоғары сынап бағ, болса, ашық монометрмен 8 өлшенеді. Ескерту: жабық монометрдегі айьфма деңгейі жүйедеіі қысымның абсолюттік шамасьш көрсетеді, ал жабық монометр — жүйедегі кысымның атмосфералық қысымнан аз екендігін көрсетеді.

Тапсырманы орындау реті:

Төжірибе пештің қосылуымен басталады. СО^ қысымын анықтауды жүйе 600°С температурага жеткенде ғана бастау қажет. Милливольтметр бОО^С температураны көрсеткен соң пешті қыздыруды тотқтатады. Қыздыру тоқтатылған соң да инерция күші өсерінен милливольтметр стрелкасы оңға жылжуьш тоқтатпайды. Милливольтметр көрсеткен максималь температураны және сөйкесінше монометрдегі максималь қысымды жазьш отырады. Өлшемдер анықталған соң тағы да пешті қосады. Келесі өрбір елшем 10-20''С арқылы жүргізіледі. СО₂ қысымы 300-350 мм сьшап бағ. жеткенде елшемдер тоқтатылады. Пешті суьфьш, 500''С-қа дейін суьггады.

Нәтижелерді рәсімдеу:

Өлшем нөтижелерін таблицаға жазады.

t°C

COt

1 т

Алынған нәтижелер негізінде lgKp-ІД координата жүйесінде график түргызып, реакцияның жылу эффектісін анықтаймыз. tga=-AHV2,3R (2)

Сонымен қатар үш температура интервалындағы DH° шамасы (1) теңдеуі бойьшша есептеу қажет. Оның орташа мәнін альш, график бойьшша табылган мэнмен салыстырамыз. DH" және Кр шамалары бойынша (1) тендеу інен кез-келген бір температурадағы тұрақтығьш есептеу керек. Альшган тендеу көмегімен диссоциация температурасьш ягни "СО^" ҚЫСЫМЫ 1 атм (10^ Па)-гатец болгандагы температураны есептеу керек.

ДО''=-КТ1пКр (3) AG''=AH''-TAS»

теңдеуі көмегімен төжірибе нөтижелерін қолдана отырып, беірлген реакция үшін изобарлық процесс езгерісі AG" мен энтропия өзгерісі AS° шамаларьш табу керек. Оларды аныцгамадапл мэнмен салыстьфу кэжет.

Өзііздік дайындықкд арналған сұрақгар:

а)Химиялық тепе-тендік. гомогенді және гетерогенді реакциялар-дағы химиялық тепе-тендіктің константасы.б) Химиялық тепе-тендік константасьшың эр түрлі өрнектелу тэсілдері. В)Химиялық реакцияның изотермиялық теңдеуі, оның анализі (талдауы). Г)Химиялық тепе-тендік константасының температураға туелділігі.

№ 7 лабораториялық жұмыс: Термиялық (анализ) талдау

Сабақтың мақсаты: Нафталин-азобензол қоспасын негізге альш, термиялық анализ әдісімен танысу, .Әр түрлі дербес затгардың, олардың белгілі құрамдағы қоспаларының және құрамы белгісіз (бақылау) қоспасының салқындау қисығын алу, Температура-құрам диаграммасын құру, .Фазалар ережесі бойынша алынған диаграмманы анализдеу. Қатты заттар мен сұйықтардың қаныққан будың ілестіру әдісімен анықгау

Тапсырмалар N 1- Нафталин-азобензол жүйесін термиялық (анализдеу) таддау

N 2-.Бинар қоспалардың кристалдануы (NaNOj-KNOj)

N 3-.Бензол қышқылы -камфора жүйесін тсрмиялықәдіспен тадцау

N 4-.Жоғары температурадағы ерітіңділердің кристалдануьш ок?>ггу

N 5- Қатты заттар мен сұйықтардың қаныққан будың ілестіру әдісімен анықгау.

Термиялық (анализ) талдаудың теориялық мәселелері

Термиялық анализ зчлтелетін жүйенің қүрамы мен кристалдану немесе балқу температурасы арасыңдагы тәуелділікті қарастыратьш физика-химиялық анализ әдістерінің бірі. Теріушяльш, анализ әдісін қолданьш жеке затгардың балқу немесе крисгалдану температураларьш анықтауға болады. Түрлі қоспалардың, металдардың, органикалық затгардың, түздардың т.б. құрамдары мен балқу температурасы немесе қату температурасы арасындағы байланысты зертгеу нәтижесінде қүрам-температура балқу диаграммасьш алуға болады. Диграмманы анализдеу арқылы ондағы химиялық фазалардың саны мен табиғатын, олардың бөлу шегін, компоненттердің өзара өсерін, химиялық қосылыстардың түзілуін, олардың құрамьш және түрақтылығын анықтауға болады. Әдетте жүйе А жөне В компоненггерінен тұратын болса, онда бұл жүйені таза А компоненті-нен бастап, аралық концентрация өзгерісін қамтып, таза В компонешіне дейін эксперимент жүзінде зертгейді (5-сурет).

Балқу диаграммасын алу үшін әуелі таза заттармен олардың өртүрлі қүрамдағы қоспаларының уақыт бойынша салқындау (қыздыру) қисықтарьш алады. Салқындау қисығьш алу үшін таза затты немесе екі заттың белгілі қүрамындағы өртүрлі қоспаларьш балқу температурасьшан едөуір жоғарғы температураға дейін қыздырады. Онан соң белгілі бір уақыт аралығында салқындатьш температура өзгерісін уақьгг бойынша жазьш отырады. Қоршаған орта мен заттың температурасы аралығьшдағы айырым неғүрлым үлкен болса, жүйенің салқындауы да жылдам болады. Қоршаған орта мен қызған заттың температурасьшың жақындай түсуіне байланысты салқындау жылдамдығы, яғни температура өзгерісі баяулап салқьшдау қисығьшың бағыты температура осінен оңға ығыса түседі. егер жүйеде салқьшдау кезіңце жылу бөлу арқылы іске асатьш өзгеріс болса, мысалы, компоненттердің бірі кристалдана бастаса, онда салқындау қисығында сының пайда болады. Ол кезде температура не өте баяу өзгереді немесе бірақ уақыт өзгермей қалаіц>і. Бүл жағдай өзгеріс және жылу бөліну аяқталғанша сақталады. Онан соң жүйе біртіндеп салқындайды. Альшған мәліметгерді ордината осі бойьшша температураиы (fC), ал абсцисса oci бойьшша уақьгггы t, сек. алып графикпен кескіңдейді. (5,а-сурет).

Салқьшдау қисьпъшдағы сьшықтар жүйеде фазалар сьшығьшың өзгергендігін көрсетеді.

А және В компоненттерінен түратын жүйені оларды қүрайтын компонентгердіц өзара өрекетгесу ерекшеліктеріне қарай үш түрге бөледі:

Ажәне В компонештері сүйық күйде химиялық қосылыстарда, ерітінділер түзбейді.

А жәпе В компоненттері бір-бірімен тұрақты химиялық қосылыс түзеді.

Ажөне В компонентгері бір-бірімен қатгы ерітінділер түзеді, бір-біріне сүйың және қатты күйде де шексіз ериді бірақ химиялық қосылыстар түзбейді.

Бинар жүйесі үшін Гиббс ережесінің математикалық өрнегі: С= К-Ф+1, мүндағы "с"-еркіндік дәреже саны, "К"-компонеттер саны, "Ф"-фазалар саны.

Жүйенің еркіңдік дәреже саны деп жүйедегі фазалар саньш сақтай отырьш белгілі шекке дейін шамаларьш еркін өзгертуге болатьш термодинамикалық күй параметрлерінің саньш айтады. Компонент-жүйе фазаларьшың құрамьш сипатгайтьш дербес заттардың ең аз саны.

Фаза-гетерогеңці (эр текті) термодинамикалық жұйенің бір-біріне беліну беіі арқылы оқіпауланған және сыртқы эсер жоқ кезде барлық нүктелерінің химиялық құрамы мен физикалық қасиетгері бірдей беліктердің жиынтығы.

Дербес затгардың салқындау қисықтарының жоғарғы бөлігі А және В температураларына дейін сұйық фазаның салқындауын көрсетеді. (5-а сурет). Бұл бөлікте жүйенің еркіндік дэреже саны С=1+1-1=1, себебі компонент саны да фаза саны да бірге тең. Жүйенің қүрамы түрақты, температура еркін өзгереді. Суьшу барысында салқындау қисығында көлденең бөлік пайда болады, яғни қатты фаза саны екіге (қатгы жөне сүйық) тең. Температура кристалдану толық аяқталғанша өзгермеңді. Көдценең бөлікте кристаддану процесі жүреді. Бүл бөліктің сощ,щца сүйық фаза толық кристалданып, қатгы фаза салқындай бастайды. Жүйенің еркіндік дэреже саны бірге тең, өйткені фаза саны бірге тең (тек қатгы фаза ғана).

Қоспалардың салқыңдау қисықтарында 2 сыныңтан (5-а сурет, II және IV салқындау кисықтары) бар. Алғашқы балқымалардың температурасы таза компонентгегідей, және t^^ температураға дейін біркелкі төмендейді. нүктесінде, балқымада A компоненті мол болғандықтан, оның криста;щары боліне бастайды.

Қосымша жылудың бөлінуіііе байланысты салқьшдау біршама баяулап, қисықта бірінші сының пайда болады. А затының кристалдарьпіың бөлінуіне байланысты балқымада В компонешінің концентрациясы арта түседі, ал температура төмендей береді. Температура tg болғанда жұйенің еркіндік дәреже саны С=2-2+1=1. Яғни бүл нүктеде компонеігг саны екеу және фаза саны да екеу. Бүл жағдайда бір ғана параметрдің мөнін еркін өзгертуге болады. tg нүктесіңце екі зт бірдей кристалдана бастайды. Бүл жағдайда тендікте үш фаза: балқыма, А және В затгарының кристалдары болады. Жүйенің еркіндік дәрежс саны С=2-3+1=0. Демек температура мен коіщентрация өзгермейді, қоспа дербес зат секілді кристалданады. Жүйе толық кристалданып болған соң, оның салқындауына байланысты температура қайтадан төмендей бастайды.

Егер жүйе қүрамыңдағы екі зат та ерітіндіден бірдей температурада кристалданатын болса, онда ол температураны эвтектикалық температура, ал қоспа қүрамы эвтектикалы қүрам деп аталды (5-сурет, "Э", "Ж'' нүктелері).

Эвтектикалык қүрамға сэйкес келетін қоспаның салқындау қисьп-ьшда бір ғана горизонталь бөлік болады (5-суретге, "а", III).

В компонентіне мол қоспаның салқындау қисыіъшың (5-сурет, "а", IV) барысьш II салқыңцау қисығы секілді анализдеуге болады.

Салқындау қисықтарын өзара салыстыратын болсақ, онда эвтектикалық қоспаньпі кристалдану температурасы дербес затгардың кристалдану температурасьшан темен екенін көреміз. Эвтектикалық температурадан (tg төменгі жағыңда екі фазалы бөлік керсетілген) А және В фазалары. Бүндажүйенің еркіндік дәреже саны С=2-2+1=1.

Салқыңдау қисықтарьш пайдаланьш балқу диаграммасьш сызуға болады. Ол үшін ордината oci бойьшша температура, ал абсцисса oci бойынша қоспаның құрамьш алады. (5-сурет, б).

Бүл диаграммадағы Ажәне В нүктелері дербес затгардың балқу (кристалдан) температураларьш көрсетеді. Э-эвтектикалық нүкте; tg -эвтектикалық температура; АЭ қисығы бойымен А затьшыц кристалдану, ал ВЭ қисығы бойымен В затының кристалдануы жүреді, ЯҒНИ балқыма қүрамы осы сызықтар бойымен өзгеріп отырады. Бүл қысымдарды ликвидус сызықгары деп атайды. Ликвидус сызықтары бойында қоспаның еркіндік дэреже саны С=2-2+1=1. АЭВ сызыгьшың жогаргы жағында (1) бір фазалы сүйық балқьпла.

Эвтектикалық нүктені (Э) қиьпі өтетін горизонталь сызық (MN) солидус деп аталады. Солидус сызығьшан төменгі жағында жүйе А және В затгарьшың кристалдарьшан тұрады.

Балқу диаграммасьша зер салып қарасақ, оның бес беліктен түратьшьш көруге болады: 1-балқыма (ерітіңці); 2-3 қүрамы айнымалы балқыма және қатгы Ажәне В компонентгері; 4-5 Ажәне В затгары кристалдарьшың қоспасы. АЭВ ликвидус сызығы барлық қоспа үшін кристалдану басталатьш немесе балқу аяқталатьш температураны көрсетеді, ал солвдус сызығы кристалданудың аяқталуьш немесе балқудың басталуьш көрсетеді. Таза (цербсс) компонештерден басқа қоспалардың барльпы да температурада балқи бастайды.

Ликвидус сызықтарын А және В компоненттерінің өзара еру қисықтары деп те қарастыруға болады. АЭ-А компонентінің В-да, ал ВЭ-В компонетінің А-да ерігіштігін көрсетеді.

Балку диаграммасы берілген қүрамдағы қоспа берілген температурада қандай күйде түрғанын анықтауға мүмкіндік береді.

Мысалы, Ғ нүктесін алсақ, температурада tj, болғанда, қоспаның қүрамы 70% A және 30% В компоненттершен тұрады. Қоспа гетерогенді жүйе: балқыма және А затының кристалдары.

Егер Ғ нүктесінен 2 беліктің шектерімен қиылысқанша келденен сызык жүргізсек, фазаның, қүрамьш табуға болады.

"Д" нүктесінен абсцисса өсіне түсірілген перпендикуляр А компонентінің кристалдық фазасының құрамын, ал G нүктесінен түсірілген перпендикуляр бастапқы қоспаға кэрағанда В компоненті-мен қанықкдн балқыма күрамын береді. Теңдіктегі фазалардың қүрамын қосатын ДО сызыгы коннода деп аталады.

Балқу диаграммасына иін ережесін қолдану арқыы кез келген гетерогенді жүйелердегі теңдікте тұрған фазалардың салыстырмалы мөлшерін анықтауға болады. Сұйық фаза массасының (т^) кристалдық коннодадағы оларға сәйкес кесіңцілфдің кері қатынасына тең.

Екінші жөне үшінші түрдегі балқу диаграммаларын да жоғарыңа көрсетілген жолмен алады. Оларды анализдеу арқылы тиянақты тұжырымдар жасалады.

Тапсырма N 1

1.2.1. Нафталин-азобензол жүйесін термиялық (анализдеу) таддау

Жұмыстың мақсаты:

1. Нафталин-азобензол қоспасын негізге альш, термиялық анализ әдісімен танысу.

2.Әр түрлі дербес затгардың, олардың белгілі құрамдағы қоспаларының және құрамы белгісіз (бақылау) қоспасының салқындау қисығын алу.

3. Температура-құрам диаграммасын құру.

4.Фазалар ережесі бойынша алынған диаграмманы анализдеу.

5.. Қатты заттар мен сұйықтардың қаныққан будың ілестіру әдісімен анықгау.

Жұмысқа керекті заттар: Электроплитка, термометр, химиялық стакан, араластырғыш сым, штатив, пробиркалар, секундомер, нафталин және азобензол.

Жүмыстыңбарысы: Аіящш ала даярланбаған болса, пробиркаға құрамы төмендегідей нафталин мен азобензол қоспасьш даярлайды. Пробиркаларды араластырғыш сым және шкаласы 100-150°С термометр кигізілген тығынман тығындап, өркайсысьш жеке-жеке стакандағы қайнап тұрған суға салады. Пробиркадағы қоспа тольпс, балқьш, біршама қызған соң, пробирканың сыртьш құрғатьш сүртіп кеңірек пробиркаға орналастырьш, штативке бекітеді.

Заттар	Пробиркадағы заттардың мөлшері, г
Нафталин	0	1,5	4,5	6,0	7,5	9,0	10,0
Азобензол	10	8,5	5,5	4,0	2,5	1,0	0

Онан соң әрбір 30 секунд сайын араластыра отырьш, температураның өзгеруін бақылайды. Жүмысты екі студенггің орындағаны тиімді: біреуі қоспаны араластырьш температура өзгеруін бақыласа, ал екіншісі секундомер бойьшша температура өзгерісін жазады. Кристалдану бойныша араластыруды тоқтатып, температураның дәл мәнін жазьш алады. Таза (дербес) заттар мен эвтектикалық қүрамдағы қоспа үшін температура тұрақталған соң 4-5 өлшем жасау жеткілікті, ал басқа қүрамдағы қоспалар үшін салқындау қисығында температура тоқталуы екі рет байқалады: бірінші рет кристалдар алғаш пайда бола бастағанда, ал екінші рет

Алынған мөліметерді есептеу: 1. Жоғарыдағы үлгіде керсетілген мәліметгерді пайдалаіаш, дербес (таза) заттардың, қоспалардың және бақылау қоспасының салқындау қисықтарын миллиметровкаға сызьш, кристалдану және эвтектикалық температурасьш анықтау.

Температура-қүрам балқу диаграммасьш сызады.

Эвтектикальгқ қоспаның жөне бақылау қоспасьшъщ құрамьш диаграммадан анықтайды. Есептелген шамаларды төмендегі үлгімен жазады.

Қоспаның құрамы		Кристалдану температурасы, "С	Эвтекти-калық қос-ң қур		Бақылау ҚОС-Н ҚД).		Эвтектика-лык темпе­ратура.
наф­талин	Азо­бен­зол		Наф­талин	Азо­бен­зол	наф­та­лин	Азо­бен­зол

Бақылау сұрақтары:

1. Термиялық анализ дегеніміз не? Ол нені зертгейді?

2. Таза затгармен қоспалардың салқывдау қисықтарыңца қаңдай айырмашылың бар? Оларды қалай алуға болады?

3. Гиббстің фазалар ережесінің математикалық ернегін жазыңыз. Фаза, компонент және еркіндік дәреже саны деп нені айтады?

4. Балқу диаграммасын қалай құруға болады? Ол бойынша нені аңықтайды?

5. "Эвтектика", "Эвтектикалы нүкте" және "Эвтектикалың температура" түсініктеріне сипаттама беріңіз.

6. Ликвидус, солидус сызықтары нені корсетеді? Коннода деп нені айтамыз?

№ 8 лабораториялық жұмыс: Термиялық (анализ) талдау

Тапсырма N 1

1.2.2.Бинар қоспалардың кристалдануы (NaNOj-KNOj)

Жүмыстың мақсаты:

1. Таза компоненттердің және құрамы белгілі қоспалардың салқындау қисығын гальванометрдің көрсеткішімен уакыт координатьш тұрғызу.

2.Таза компонент арқылы термопараны калибровка жасау.

3.Калибровкаланған термометрдің қисығы арқылы қоспаның кристадцануын аныктау.

4.Берілген жүйенің диаграммасьш тұрғызу және фазалар ережесімен талдау.

5. Қатты заттар мен сұйықтардың қаныққан будың ілестіру әдісімен анықгау

Жұмыстың барысы:

Ж ұмысты зерттеу үшін екі тұздың қоспасьш (NaNOj-KNOj) алуға болады. Қоспаның температурасьш термопара арқылы өлшеуге болады. Термопара екі металл сымнан түрады, бір жағы сымның қыздырьш (горячий спай) түйістірген. Термопараның түрлерін керсетілген кесте арқылы білуге болады.

Кесте 1

Қосылған сымдар бір-бірімен түспес үшін сыртьша фарфор : болмаса шьшы түтікшені кигізеді.

Сымның ыстық түйіскен жагьш түтікшеиің түбіне тимейтіндей етііі орналастырады. Сымның бос жагьш (холодный спай) сыртқа жіберіп, еріген мүзға салады (өйткені оның температурасы түрақты болуы үшін) сымньпі; ыстық және мұздай түйіскенінің ақасында термо электр қозғаушы күші пайда болады-

Сондьпстан да ТХ және ТХК термопарлары арқылы темпера-тураларьшың айырмасы пропорционал болады да милливольтметр арқьипл өлшенеді.

Тапсырма N 2

1.2.3.Бензол қышқылы -камфора жүйесін тсрмиялықәдіспен тадцау

Жүмыстыңмаксаты: Бензой қьшіқылы-камфора, (пирамидон-аспирші) қоспасьш негізге альш, термиялық талдау әдісімен танысу. 2.Әртүрлі дербес затгардың, олардың белгілі қүрамдағы қоспаларьшъщ және қүрамы белгісіз (балқылау) қоспасының салқьшдау қисығьш алу.

Температура-құрам диаграммасын қүру.Фазалар ережесі бойьшша алынған диаграмманы талдау.

Жүіиыскр кржетті заттар: Термометр, электроплитка, химиялық стакан, араластырғыш сым, штатив, пробиркалар, секундомер, бензой қышқылымен камфора және пирамидон мен аспирин т.б.

Жүмыстың барысы:

Алдьш-ала даярланбаған болса, 8 пробиркаға қүрамы төмендегідей бензой қьшіқылы камфора қоспасьш даярлайлды.

А,% 80,70,60,50,40,30,20,10 Б,% 20,30,40,50,60,70,80,90

Даярланған қоспаны эбден ұнтақтап капиллярға толтырады (капиллярдың ұзындығы 2,5 см, ішкі диаметрі 1 мм) бір жағы жабылған капиллярдың ашық жағымен қоспаны түбіне жеткенше тығыздап, сонан соң, капиллярдың жабық жағьш төменге қаратып, екінші кеңірек шыны түтікше салады (биіктігі 30 см). капиллярды каучукпен орап термометрге жалғастырады. Термометрдің сьшап орналасқан жағымен капиллярдың жабық жагьшың биіктігі бірдей болу керек.

Термометр мен капиллярды біріктіріп кең пробиркаға орналастьграмыз. Пробиркаті глицерішдеьпен болмаса майланған баняға орналастырьш болған соң жайлап қыздырады. капиллярдағы қоспаны толың балқытып оның температурасын лупа арқылы жазьш алу керек.

Жүмысты мьшадай қоспалармен орьшдауға болады:

нафгалин-р-нитрофенол,

нафталин-пикрин қьшіқылы,

нафталин-фенол,

а-нафтиламші-р-іштрофенол т.б.

Тапсырма N 3

1.3.Жоғары температурадағы ерітіңділердің кристалдануьш ок?>ггу

Берілгеи жұмысқа алдымен термиялық талдау өдісімен жөне практикалық жағдайда бір-бірінде ерімейтін қатгы күйдегі компонент-терден түратьш қосарланған жүйенің балқу температурасы арқылы тұргызылатьш диаграммамен танысу керек.

Жоғары балқу температуралың жүйені оқьггу үшін термопараны қолданамыз. Бүл термопара екі металдьж, сымнаи түрады. (1) және (2) бұл екі сым (5) нүктеде біріккен. Бұл екі сымды бір-бірінен фарфорлы немесе шыны трубкалармен (7) бөліп тастаймыз жене оларды сыртқы фарфорлы немесе металдық ьздысқа (6) саламыз. Сол кезде біріктірілген жері ыдыстың түбіне тимей тұруы керек. Сымның теменгі жағьш сыртқа шығарьш, біріктірілген суық жерді (4) еріл жатқан мүзға (3) саламыз. Пайда болатьш ЭҚК біріккен жердің ыстық және суық температуралар арасындағы айырмашылығьша пропорционал, ҚК-ті милливольтметрмен (8) немесе екі нақты теңестіру (компенсациялық) әдіспен елшейміз (1-сурег).

Таза затгардың белгілі балқу температурасы арқылы термопараны бір деңгейге (градуирлейміз) келтіреміз. Термопараны бір деңгейге келтіріп калибрлі фафик түрғызамыз. Абсцисса осіне таза затгардың шьшайы балқу температурасын, ал ордината осіне кристалдану кездегі милливольтметрдщ көрсетуін жазамыз. Алынған нүктелерді бір-бірімен қосатьш түзу прибордың температурасьшың шьшайы мағьша-сьш керсетеді. Калибрлеу үшін әдегге металды қолданады, түздар және органиалың затгардың кейбіреулерінің балқу температуралары төмеңде көрсетілген:

Заттар	Zn	Fb	Sn		KNO,	NaNO,	Наф­талин	Дифе НИЛ	C2H4OH
Балқу тем­пературасы, °С	41,9	327	238	398	337	310	80	56	41

Керекті температурадт.1 затгы таңцап алғаннан кейін, оны тигелде немесс пробиркаларда балқыгамыз да, суьшу температура-сьшың өзгеруін жазып отырамыз. Суыну қисығында кристалдану температурасьш көрсететін бір нүктені жазьш аламыз да, сол арқылы калибр лі қисық тұрғызамыз (2-сурет).

Жүмыстың орьшдалу реті:

Гальванометрге немесе екі жақты теңесу (компенсацияльж,) тізбекке қосылған термопара арқылы түзды немесе металдық қоспалардың температурасьш өлшеу керек. Зертгелетін түзды немесе металдык қоспаны фарфор тигелге саламыз. Тигельді альш электрлі пешке саламыз да, пешті іске қосамыз, қоспаны ең жоғарғы балқу температурасына жеткізбей ерітіп аламыз. Қоспаны қозғап жіберіп, пешті өшіреміз де қоспаға термопараның ыстық біріккен жерін саламыз.

Термопараны штативке альш бекітеміз. Бір ескертетін меселе, ол термопараның үштары қоспаның ішінде болуы тиіс, өйткені термопараның үштары тигельдің түбіне сөл-ақ жешей жөне тигельдің қабырғаларына тимей тұруы қажет. Ерітінді суына бастағанда, гальванометр және басқа прибордың көрсетуін, 30 сек уакһгг аральны өткен сайьш жазьш альш отырамыз. Бақылаушьшың бірі уақытқа өрі приборға қарап бақылап отырады. Сонан соң пешті қоспа балқыганша қатгы қыздырамыз жөне пештен термопараны аламыз. Қоспасы бар тигельдік пештен альш жене оның орньша басқа келесі қоспаны қоямыз. Ары қарай жүретін операцияларды қайтадан оқьш аламыз.

Қоспаның салқыңцаған кездегі тұрғызылған қисығынан басқа, таза компоненттердің салқывдаған кездегі қисығьш да түршзу керек.

Барлық қоспаларды зертгеп болғаіі сон олардың уақыт бойынша координатасы арқылы салқьшдау қисығьш милливольтметрдің керсетуі бойьшша түрғызамыз. Бұл салқыңдау қисығьшда қоспаның кристадцануьш көрсететін нүктелерін белгілейміз. Бұл бір вариантгы процестер үшін шамалы ауытқыған қисықтар (таза заттың кристалдануы немесе эвтектикалық кристалдануы) және екі вариашты процестер үшін сының-сьшың қисықтар болады. Термопараның калибрлық кисықтары арқьиіы нүктенің температурасьш аньшгаймыз, ол температура өрқайсысы қоспаның кристалдануы көрсетуі керек.

Талдау нәтижесіңде алынған мәндермен жүйенің күйі туралы диаграммасьш түрғызамыз. Абсцисса oci бойьша қоспаның қүрамьш, ал ордината бойынша бастапқы кристалданған температураны және кристалдану эвтектикасьш орналастырамыз.

1.4.Жүйеиің KN03=NaN03 Балку диаграммасьш тұрғызу. Бүндай жүйелердің (KNOj-NaNOj) температурасьш консташталган мысты термопарамен елшейді. Берілген коспадағы металдардың электр қозғаушы күші (ЭҚК) ыстьж. және суық түйістердің температура-ларьшың айырымьша тура пропорционал болады. Термопараның ЭҚК реохордпен компенсациялады. Реохордты аккумулятордың бсретін кернеуімен күштендіріп отьфацы, өйгкені токтың багьпы аккумулятор беретін токтың бағытьша кері болуы шарт. Рехордгагы жылжымалы түйінді қозғалта отьфьш, зерттелетін ЭҚК компенсацияланган кезде, гальванометр токтың жоқтыгьш көрсетеді. Егерде термопараның ЭҚК-е өте аз шама болатын болса, онда косымша реостат және магазин кедергісін қосады, өйткені ЭҚК белгілі аз шамаға өзгерту компеисаішяға өте кджет. Реостат болмаса магазин кедергілері аркылы компенсациялау, алдымен Вестон элеменгі арқылы елшенеді, өйткені элементгің ЭҚК (Е _з=1,013Ь) бірқальшты болады.

Сонан соң Вестон элементінің реохордтағы компенсацияланган мәнін жазьш альш болтан соң, KNOj-NaNOj жүйесінің ЭҚК өлшеуге кірісеміз.

Жүмыстың барысы:

Бұл жұмысты істеуден бүрьш KNO3 және NaNOj тұздардың өртүрлі пробиркадағы кұрамьш білуіміз керек. Мысалы, былайша

Пробирка саны	1	2	3	4	5	6	7
NaNO,, %	0	10	30	50	70	90	100
KNO3, %	100	90	70	50	30	10	0

Алдымен термапараның суық жагьш еріген мүзға сальш Вестон элементінің ЭҚК компенсациялап алуымыз керек. Содан соң пробиркадағы KNO3 түзьшың салмағын біле отырьш термопараға саласыз. Алдьш ала штативтегі орналастьфтан пробирканы тигель пешіне жайлап түсіреміз, сонан соң тигель пешін токқа қосады. Пробиркадаты қатгы фаздың (түздың) балқыған температурасьш белгілеп, пешті өшіреміз да, магазин кедергісі арқылы (реостатгағы сымды езгертпейді) ең жс^арғы балқу температурасьша сәйкес келегін магазин кедергісін табуымыз керек. Барлық жатдайда өлшеу мезгілі 30 сек. болады. Өлшеу мезгілінде түздың кристалдану температурасьш жазьш, канша уақыт өткенін белгілеп график тұрғызу қажет. Салқындату графигі (ординат бойьша —уақыг, ал абсцисса бойьша реохордтың линейкадаты компенсация кезіндегі көрсеткіші (см)) былай альшады:

Абсцисса бойьша 1-2 мм 15 сек уақыт көрсетеді, ал ординат бойында 1 мм реохордтың 1 мм сызгышы 1-2 мм сэйкес келетін болу керек.

Жогарыңаты алынган температура-уақьгг мендері екі түздың диаграммасын температура-құрамы арқылы түрғызуға болады.

Тапсырма N 4

1.5. Қатты заттар мен сұйықтардың қаныққан будың ілестіру әдісімен анықгау.

Ілестіру өдісі зертгелінетін затгың буьш индифферентті газ екпінімен шашады. Бұл үшін таза газ агынын белгілі мөлшердегі сүйық немесе қатгы зат арқылы жайлап аныңтайтын қаныққан бу қысымен қақтытыстырады. Ол үшін сұйықтың немесе қатты заттың

температурасы тұрақты болуы керек, буланған затгың мөлшерін массаның кемуімен анықтайды. Зерттелінетін заттың буын газ ағьшынан адсорбент немесе салқын-датылған аулағыш арқылы жинайды, сонан соң салмағын өлшейді. Егер газ "" құрамында зерттелетін затгың молекулалық массасы "em" болса, онда будың парциалды тепе-тендік қысымы берілген температурада мьшаған тең болады:

Жұмыстың орындалу реті:

Қондырғының құрылысы 1 суретте көрсетілген. Тәжірибе кезінде газометрден (1) азот түрақты жылдамдықпен газ ағьшын қамтамасыз ететін реометр (2) арқылы тізбектелген газды қанынтыратьш, мысалы: SO^ мырыш гидросульфші мен су буы ерітіндісі теңескенге дейін, төрт тізбектеліп жалғанған арқылы (5) түседі. Ыдыстар (5) белгілі температурада реггелген термостатқа сальшған. Термостат араластырғьшітан (6), түйіскен термометр (4), электроқоздырғыш және термометр мен (8) жабдықгалған болуы керек. Берілген температурада зерттелегін мырыш гидросульфиті ерітіндісінің үстінен SO^ мен су буымен қаныққан азот екі сорғыш ыдыстар (9,10) арқылы аспираторға (II) өтеді. І-ші сорғьпп ыдысқа "802"-ні сорьш алу үшін 0,1 н 25 мл ерітіндісін, ал екіншісіне І-ші сортьші ыдыстан шыққан газдардағы иод буларын түтып қалуу үшін 0,1 нормальдық 10 мл Na^S^O, қүйылған. Газометрді оттегіден тазартылған азот немесе инертті газбен толтьфамыз. Азотгы NHjOH-Ta қанықкдн NH^Cl ерітіндісімен металды мыспен толтырылған үш кондырғыдан еткізіп, отгегіден тазартамыз. Оттегін жүтқанда металды мыс тотьпьш Си^* түріне түзіліп, мыс ерітіндісі көгеруі тиіс. Газ жіберілген соң СО^ керісінше Си+ (металды мыс) түзіп, ерітінді түссіз ағарады. Термостатгағы температура белгілі деңгейге көтерілген (5) ыдысқа мьфьші гидросульфитін зерттелетін затгы құйьш термостатқа сальш жалпы жүйеге қосамыз. Аспираторға су қүйьшады. Схеманың тығыз жабылғаньш тексеріп, реометрге қарап газ ағынының жылдамдығын ретгеп тәжірибені бастаймыз. Ішіне иод немесе басқа сорғьші затгар сальшған бірінші сорғьпп ыдыспен аспйратордың крандарьш ашқан уақытгы жүмыс басталды деп есептейді. Төжірибе барысыңца термостатпен соңғы ыдыстағы су температурасымен аспиратормен схемадағы қысымды (7) монометр ескеріп отырамыз. Газды иодты ерітіңді арқылы 30 мин. өткіземіз. Сосын қалған иодты титрленген гипосульфид ерітіндісімен титрлейміз, осы уақьгг ішінде аспиратордан цилиндрмен (10) ығыстьфыльш шыққан су көлемін өлшейміз. Ерітінді қүрамьшда "SO^" бар екенін иодометрлік әдіспен тексереміз. Шьпъш болған иодтың сандьш, қүрамьша қарай {"SO" қосылуға кеткен) ЗО^-нщ саңдық қүрамьш анықтау. Тәжірибе барысында өткен газ (N^+H^O) көлемін аспиратордан шыққан су көлеміне қарай табамыз. 25 г. қаныққан "SO^" ерітіндісінің өлшемдісін бокстан 100 мл су қүйылған 250 мл колбаға қүямыз. Ерітіндінің концентрациясы жоғары болмау үшін және "SO^" үшьш кетпеу үшін HjO қүямыз. Сосын колб^а 0,1 %-к 25 мл ерітіндісіне 10 мл ерітіндіні қүямыз.

Күкірт диоксиді иодпен езара әсерлеседі. Иодтың артьпьш крахмалы бар 0,1 н Na,S,0,-MeH титрлейміз:

Зертгелетін ерітіндіде ЗО^-нің қүрамьш реакцияда шьгғындалған иод мөлшерін табамыз:

Газ қүрамьшда "SO^" бар екенін тексеруді 3-4 рет қайталаймыз. Тексеруді бөлме температурасында бастап, келесі әр тексеруде температурасын А-б^С көтереміз. Осылайша термостаттың температурасьш көтере отьфьш, бірнеше температурадағы ерітіндінің бу қысымьш аныңтаймыз. Мүндай өлшеуді 8-10 рет қайталаймыз. Мырыш гидросульфит ерітіңдісінің жоғарғы жағындағы SO^ газ қысымьш есептеу жолы былайша қарастырылған:

ZnCHSOj)^ мен тепе-тендікте тұрған газ қоспасының қысымы:

Р= Pso^ + Рщо + Ры^ болады.

Төжірибе жолымен келесі өлшемдерін табу керек.

Р=Рбар-Рр мұндағы: Pg -атмосфералыққысым, мм.сьшап бағ. Pj -келесі ыдыстағы қысым (мм.сынап бағ.)

Рн^о -тепе-тендіктегі су буының қысымы. (Рауль тендеуімен есептеледі).

^502 -қүрғақ SOj келемі (иод шығынмен есептеледі).

i>/j -тексеруге альшған иодтың келемі. '^no^s^o^ -артық иодты титрлеуге кеткен гипосульфит мөлшері.

Kj^ -0,1 м ерітіндісінің түзеу коэффициенті.

^n02820^ -0,1м Na^SjOj түзеу коэффициенті.

i>jV2 -құрғақ азот көлемі (аспиратордан шықкдн су көлемімен есептеледі).

Р^^„_— аспиратордағы бу қысымьшың шамасы;

Pj— аспиратордағы берілген температурадағы бу қысымы;

t — асішратордағы газ температурасы.

u — аспиратордан шықкан су мөлшері.

Бір-біріне тәуелділігіне сүйене отырьш:

немесе

будан мырыш гидросульфиті ерітіндісіндегі "SO^" қысымын есептейгін тендеу төмендегідей болады.

"SO2" ерітіндісіндегі қысымнан басқа су буының қысымын есептеуге болады.

Альшған мөліметгерге сүйене отырп өлшеу нәтижелерін кестеге жазу керек:

l.P-t және lgP-1 Д, осындай координаталарда зертгеліп отырған ерітіндінің қысымы мен температураның бір-біріне тэуелсіздігінің графигін түрғызу керек.

2.1gP=a+b/T түзуінің эмпирикалық тендеуін шығарьш "а" және "в" коэффициентін есептеу.

3. Клайперон-Клаузиус теңдеуі бойынша атмосфералық қысымдағы ерітіндінің қайнау температурасьш анықтау.

4. Түзудің эмпирикалық теңдеуі бойьшша ерітіндінің булану жылуын Клайперон-Клаузиус тендеуі бойьшша үш температураның аралығьшда булану жылуьш табу керек.