Φυσικοχημεία 2 - Εργαστηριακές Ασκήσεις
Αθανάσιος Τσεκούρας, Γεώργιος Σουλιώτης
Το πρώτο από σειρά δύο εξαμηνιαίων υποχρεωτικών εργαστηριακών ασκήσεων Φυσικοχημείας με κύριο αντικείμενο την Θερμοδυναμική.
Κατά τη διάρκεια του εξαμήνου πραγματοποιούνται οι εξής εργαστηριακές ασκήσεις:
- Συντελεστής Joule-Thomson & Ενθαλπία εξατμίσεως
- Προσδιορισμός μοριακής μάζας με ζεσεοσκοπία
- Προσδιορισμός συντελεστή ενεργότητας μέσω μετρήσεων διαλυτότητας
- Μερικός γραμμομοριακός όγκος
- Διαγράμματα σημείων ζέσεως-συνθέσεως
- Ισορροπία φάσεων συστήματος πολλών συστατικών - αμοιβαία διαλυτότητα
- Κατανομή ουσίας μεταξύ δυο διαλυτών και προσδιορισμός σταθεράς ισορροπίας αντιδράσεως
- Θερμοχημεία - Προσδιορισμός θερμότητας αντιδράσεως
- Επιφανειακή τάση διαλυμάτων
- Φαινόμενα προσροφήσεως - Προσρόφηση ουσίας από διαλύματα
Το πρώτο από σειρά δύο εξαμηνιαίων υποχρεωτικών εργαστηριακών ασκήσεων Φυσικοχημείας με κύριο αντικείμενο την Θερμοδυναμική.
Κατά τη διάρκεια του εξαμήνου πραγματοποιούνται οι εξής εργαστηριακές ασκήσεις:
- Συντελεστής Joule-Thomson & Ενθαλπία εξατμίσεως
- Προσδιορισμός μοριακής μάζας με ζεσεοσκοπία
- Προσδιορισμός συντελεστή ενεργότητας μέσω μετρήσεων διαλυτότητας
- Μερικός γραμμομοριακός όγκος
- Διαγράμματα σημείων ζέσεως-συνθέσεως
- Ισορροπία φάσεων συστήματος πολλών συστατικών - αμοιβαία διαλυτότητα
- Κατανομή ουσίας μεταξύ δυο διαλυτών και προσδιορισμός σταθεράς ισορροπίας αντιδράσεως
- Θερμοχημεία - Προσδιορισμός θερμότητας αντιδράσεως
- Επιφανειακή τάση διαλυμάτων
- Φαινόμενα προσροφήσεως - Προσρόφηση ουσίας από διαλύματα
Το πρώτο από σειρά δύο εξαμηνιαίων υποχρεωτικών εργαστηριακών ασκήσεων Φυσικοχημείας με κύριο αντικείμενο την Θερμοδυναμική.
Κατά τη διάρκεια του εξαμήνου πραγματοποιούνται οι εξής εργαστηριακές ασκήσεις:
- Συντελεστής Joule-Thomson & Ενθαλπία εξατμίσεως
- Προσδιορισμός μοριακής μάζας με ζεσεοσκοπία
- Προσδιορισμός συντελεστή ενεργότητας μέσω μετρήσεων διαλυτότητας
- Μερικός γραμμομοριακός όγκος
- Διαγράμματα σημείων ζέσεως-συνθέσεως
- Ισορροπία φάσεων συστήματος πολλών συστατικών - αμοιβαία διαλυτότητα
- Κατανομή ουσίας μεταξύ δυο διαλυτών και προσδιορισμός σταθεράς ισορροπίας αντιδράσεως
- Θερμοχημεία - Προσδιορισμός θερμότητας αντιδράσεως
- Επιφανειακή τάση διαλυμάτων
- Φαινόμενα προσροφήσεως - Προσρόφηση ουσίας από διαλύματα
Περίγραμμα
Περιεχόμενο μαθήματος
Θερμοδυναμικές ιδιότητες αερίων (συντελεστές Τζουλ-Τόμσον). Ισορροπία φάσεων (αμοιβαία διαλυτότητα υγρών, συντελεστής κατανομής, ενθαλπία εξάτμισης). Μεσεπιφανειακή ισορροπία φάσεων (επιφανειακή τάση υγρών, φυσική προσρόφηση). Διαλύματα (μερικός μοριακός όγκος, ιοντική ισχύς διαλυμάτων, συντελεστής ενεργότητος, προσδιορισμός ΜΒ από ανύψωση σημείου ζέσεως), διαγράμματα σημείου ζέσεως-συνθέσεως (αζεοτροπικά μίγματα), θερμοχημεία (θερμότητα εξουδετερώσεως).
Διδάσκοντες
Προτεινόμενα συγγράμματα
- Ν. Κατσάνου, Φυσικοχημεία. Βασική Θεώρηση
- P. W. Atkins, Φυσικοχημεία Ι
Βιβλιογραφία
- John R. Taylor, An Introduction to Error Analysis. The study of uncertainties in physical measurements, 2nd Ed., University Science Books, 1997
ISBN: 978-0-935702-75-0
- Philip R. Bevington, D. Keith Robinson, Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences, 3rd Ed., McGraw-Hill, 2003
ISBN: 978-0-07-247227-1
- Byron P. Roe, Probability and Statistics in Experimental Physics, Springer, New York, 2001
ISBN: 978-1-4419-2895-5
- M. Dekking, C. Kraaikamp, H.P. Lopuhaä, L.E. Meester, A Modern Introduction to Probability and Statistics. Understanding Why and How, Springer, London, 2005
ISBN: 978-1-85233-896-1
- Carl W Garland, Joseph W Nibler, David P Shoemaker, Experiments in Physical Chemistry, 8th Ed., McGraw-Hill, 2009
ISBN: 978-0-07-282842-9
- David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 84th Ed., 2003-2004
- Perry's Chemical Engineer's Handbook, 8th Edition, McGraw-Hill, 2008
Προαπαιτούμενα
- Ύλη του μαθήματος Φυσικοχημεία 1, βασικές γνώσεις Φυσικής (Μηχανική, αέρια, μονάδες, προθέματα, διαστάσεις).
- Στοιχειώδης αριθμητική, λογάριθμοι, παραγωγίσεις, ολοκληρώσεις.
Μαθησιακοί στόχοι
Η εξοικείωση με συγκεκριμένα φαινόμενα, με τρόπους λήψεως μετρήσεων, με επεξεργασία, με αναπαράσταση δεδομένων σε διαγράμματα και με εξαγωγή φυσικοχημικών ιδιοτήτων χημικών ουσιών και μιγμάτων.
Μέθοδοι διδασκαλίας
Διδασκαλία ζωντανή με εξαγωγή σχέσεων στον πίνακα διατηρώντας διαρκή αλληλεπίδραση με το ακροατήριο, για την μετάδοση των βασικών ζητημάτων των εργαστηριακών ασκήσεων. Η εξάσκηση των φοιτητών μπορεί να επιτευχθεί με μελέτη για την εκτέλεση των ασκήσεων, με αυτοεξέταση πριν την προσέλευση στο εργαστήριο, με επιτόπια συζήτηση των λεπτομερειών των πειραμάτων, με προσεκτική πραγματοποίηση των μετρήσεων, με εφαρμογή των οδηγιών για την σύνταξη των εκθέσεων επεξεργασίας των μετρήσεων με την μελέτη των λυμένων παραδειγμάτων, πολλά από τα οποία έχουν αποτελέσει θέματα εξετάσεων.
Ομάδα στόχος
- Οι φοιτητές του τμήματος Χημείας.
- Οι ενδιαφερόμενοι φοιτητές του τμήματος Φαρμακευτικής.
Θερμοδυναμικές ιδιότητες αερίων (συντελεστές Τζουλ-Τόμσον). Ισορροπία φάσεων (αμοιβαία διαλυτότητα υγρών, συντελεστής κατανομής, ενθαλπία εξάτμισης). Μεσεπιφανειακή ισορροπία φάσεων (επιφανειακή τάση υγρών, φυσική προσρόφηση). Διαλύματα (μερικός μοριακός όγκος, ιοντική ισχύς διαλυμάτων, συντελεστής ενεργότητος, προσδιορισμός ΜΒ από ανύψωση σημείου ζέσεως), διαγράμματα σημείου ζέσεως-συνθέσεως (αζεοτροπικά μίγματα), θερμοχημεία (θερμότητα εξουδετερώσεως).
- Ν. Κατσάνου, Φυσικοχημεία. Βασική Θεώρηση
- P. W. Atkins, Φυσικοχημεία Ι
- John R. Taylor, An Introduction to Error Analysis. The study of uncertainties in physical measurements, 2nd Ed., University Science Books, 1997
ISBN: 978-0-935702-75-0 - Philip R. Bevington, D. Keith Robinson, Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences, 3rd Ed., McGraw-Hill, 2003
ISBN: 978-0-07-247227-1 - Byron P. Roe, Probability and Statistics in Experimental Physics, Springer, New York, 2001
ISBN: 978-1-4419-2895-5 - M. Dekking, C. Kraaikamp, H.P. Lopuhaä, L.E. Meester, A Modern Introduction to Probability and Statistics. Understanding Why and How, Springer, London, 2005
ISBN: 978-1-85233-896-1 - Carl W Garland, Joseph W Nibler, David P Shoemaker, Experiments in Physical Chemistry, 8th Ed., McGraw-Hill, 2009
ISBN: 978-0-07-282842-9 - David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 84th Ed., 2003-2004
- Perry's Chemical Engineer's Handbook, 8th Edition, McGraw-Hill, 2008
- Ύλη του μαθήματος Φυσικοχημεία 1, βασικές γνώσεις Φυσικής (Μηχανική, αέρια, μονάδες, προθέματα, διαστάσεις).
- Στοιχειώδης αριθμητική, λογάριθμοι, παραγωγίσεις, ολοκληρώσεις.
Η εξοικείωση με συγκεκριμένα φαινόμενα, με τρόπους λήψεως μετρήσεων, με επεξεργασία, με αναπαράσταση δεδομένων σε διαγράμματα και με εξαγωγή φυσικοχημικών ιδιοτήτων χημικών ουσιών και μιγμάτων.
Διδασκαλία ζωντανή με εξαγωγή σχέσεων στον πίνακα διατηρώντας διαρκή αλληλεπίδραση με το ακροατήριο, για την μετάδοση των βασικών ζητημάτων των εργαστηριακών ασκήσεων. Η εξάσκηση των φοιτητών μπορεί να επιτευχθεί με μελέτη για την εκτέλεση των ασκήσεων, με αυτοεξέταση πριν την προσέλευση στο εργαστήριο, με επιτόπια συζήτηση των λεπτομερειών των πειραμάτων, με προσεκτική πραγματοποίηση των μετρήσεων, με εφαρμογή των οδηγιών για την σύνταξη των εκθέσεων επεξεργασίας των μετρήσεων με την μελέτη των λυμένων παραδειγμάτων, πολλά από τα οποία έχουν αποτελέσει θέματα εξετάσεων.
- Οι φοιτητές του τμήματος Χημείας.
- Οι ενδιαφερόμενοι φοιτητές του τμήματος Φαρμακευτικής.
Γενικές παρατηρήσεις για τις εργαστηριακές ασκήσεις Φυσικοχημείας. Οδηγίες για την γραφή των ασκήσεων. Γραφική επεξεργασία δεδομένων (ορθοί και λανθασμένοι τρόποι απεικονίσεως σε διάγραμμα). Σφάλματα μετρήσεων και αποτελεσμάτων. Φυσικές σταθερές. Μετατροπές μονάδων.
Λέξεις κλειδιά: διαγραμματική απεικόνιση δεδομένων, σφάλματα, μέθοδος ελαχίστων τετραγώνων, φυσικές σταθερές, μετατροπές μονάδων
Ο συντελεστής Τζουλ-Τόμσον, ως ιδιότητα των αερίων, προσδιορίζεται από πειράματα εκτονώσεως υπό σταθερή ενθαλπία με μέτρηση της μεταβολής της θερμοκρασίας. Η ενθαλπία εξατμίσεως υπολογίζεται έμμεσα, μέσω της εξισώσεως Κλαούζιους-Κλαπεϋρόν, από μετρήσεις πιέσεως (τάσεως ατμών) και θερμοκρασίας μιας καθαρής ουσίας.
Λέξεις κλειδιά: ενθαλπία, πίεση, θερμοκρασία, εκτόνωση, συντελεστής Τζουλ-Τόμσον, ιδανικό αέριο, κατασταστική εξίσωση van der Waals, καταστατική εξίσωση virial, ισορροπία υγρών – αερίων, εξίσωση Clausius-Clapeyron
Η προσθήκη μη πτητικών συστατικών σε διάλυμα προκαλεί μείωση της τάσεως ατμών του διαλύτη και αύξηση του σημείου ζέσεώς του ανεξάρτητη από τη φύση της διαλυμένης ουσίας, αλλά ανάλογη της συγκεντρώσεως της ουσίας στο διάλυμα. Αυτή η προσθετική ιδιότητα των διαλυμάτων επιτρέπει τον προσδιορισμό της γραμμομοριακής μάζας διαλυμένων ουσιών σε αραιά διαλύματα.
Λέξεις κλειδιά: σημείο ζέσεως, αθροιστικές ιδιότητες, ζεσεοσκοπία, μοριακότητα, συντελεστής van’t Hoff
Η παρουσία ιόντων σε διάλυμα αυξάνει την ιοντική ισχύ των διαλυμάτων και μειώνει τους συντελεστές ενεργότητας των συστατικών του διαλύματος. Με επίδραση στη διαλυτότητα ενός άλατος μέσω διαφόρων συγκεντρώσεων ηλεκτρολυτών μπορούν να προσδιορισθούν οι συντελεστές ενεργότητας στο διάλυμα.
Λέξεις κλειδιά: συντελεστής ενεργότητας, ιοντική ισχύς, θεωρία Debye-Hückel, γινόμενο διαλυτότητας, ογκομέτρηση
Κατά τον σχηματισμό ομοιογενών μιγμάτων συχνά παρατηρούνται αποκλίσεις μεταξύ του αθροίσματος των όγκων των συστατικών και του τελικού όγκου του μίγματος. Αυτή συμπεριφορά του μίγματος περιγράφεται από τους μερικούς γραμμομοριακούς όγκους των συστατικών του, οι οποίοι μπορούν να λάβουν τιμές διαφορετικές από τους γραμμομοριακούς όγκους των καθαρών συστατικών.
Λέξεις κλειδιά: Εκτατικές ιδιότητες, εντατικές ιδιότητες, μερικές γραμμομοριακές ιδιότητες, πυκνότητα, συντελεστής διαστολής
Οι ατμοί μίγματος υγρών δεν έχουν σχεδόν ποτέ την ίδια σύσταση με αυτή της υγρής φάσεως. Τα σημεία ζέσεως των μιγμάτων επίσης πολλές φορές δεν βρίσκονται σε τιμές ενδιάμεσες μεταξύ των σημείων ζέσεως των καθαρών
συστατικών. Ιδιάζουσα περίπτωση είναι ο σχηματισμός αζεοτροπικών μιγμάτων όπου η σύσταση του υγρού συμπίπτει με του ατμού, ενώ το σημείου ζέσεως τέτοιου συστήματος εμφανίζει ακρότατο στο διάγραμμα σημείων ζέσεως.
Λέξεις κλειδιά: σημείο ζέσεως, δείκτης διαθλάσεως, νόμος Raoult, αζεοτροπικό μίγμα
Μπορεί δύο υγρά να μην σχηματίζουν μίγματα σε οποιεσδήποτε αναλογίες, αλλά η παρουσία ενός τρίτου να επιτρέπει την πλήρη ανάμιξή τους. Ενδιαφερουσα πληροφορία είναι για συγκεκριμένη αναλογία των δύο πρώτων
συστατικών η ελάχιστη απαιτούμενη ποσότητα του τρίτου για σχηματισμό μόνο μιας υγρής φάσεως.
Λέξεις κλειδιά: μη αναμίξιμα υγρά, ογκομέτρηση, τριγωνικό διάγραμμα
Ο λόγος των διαλυμένων ποσοτήτων μιας ουσίας σε μη αναμίξιμους διαλύτες ονόμαζεται συντελεστής κατανομής. Η γνώση αυτού διευκολύνει και την μελέτη χημικών αντιδράσεων και ισορροπιών.
Λέξεις κλειδιά: χημική ισορροπία, συντελεστής κατανομής, ογκομέτρηση, διαλύτες
Η μεταβολή ενθαλπίας κατά την πορεία μιας αντιδράσεως μπορεί να μελετηθεί με παρατήρηση της μεταβολής θερμοκρασίας του συστήματος.
Λέξεις κλειδιά: Ενθαλπία αντιδράσεως, θερμιδομετρία, θερμοχωρητικότητα, θερμοκρασία, ισχυροί και ασθενείς ηλεκτρολύτες.
Η επιφανειακή τάση είναι χαρακτηριστική ιδιότητα των επιφανειών των υγρών που οφείλεται στην ανισοτροπία των διαμοριακών δυνάμεων στα όρια μιας φάσεως. Σε διαλύματα είναι δυνατό να μελετηθεί η συσσώρευση διαλυμένης ουσίας στην επιφάνεια του υγρού από μετρήσεις επιφανειακής τάσεως σειράς διαλυμάτων διαφορετικων συγκεντρώσεων.
Λέξεις κλειδιά: επιφανειακή τάση, επιφανειακή περίσσεια, διαμοριακές δυνάμεις, τασενεργές ουσίες
Η προσρόφηση υγρών ή αερίων σε επιφάνειες στερεών είναι φαινόμενο μεγάλης βιομηχανικής σημασίας. Τα πορώδη υλικά λόγω της πολύ μεγάλης επιφάνειας ανά μονάδα μάζας παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Μπορεί να μελετηθεί η επίδραση της θερμοκρασίας στις ποσότητες των προσροφώμενων ουσιών και να εξαχθούν συμπεράσματα για τον μηχανισμό της προσροφήσεως.
Λέξεις κλειδιά: προσρόφηση, επιφανειακή κάλυψη, μηχανισμοί Langmuir, Freundlich, B.E.T., ισοστερική, ενθαλπία προσροφήσεως
Ανοικτό Ακαδ. Μάθημα
Αρ. Επισκέψεων : 0
Αρ. Προβολών : 0
