Ενότητα: Μερικοί Γραμμομοριακοί Όγκοι Διδάσκοντες: Σογομών Μπογοσιάν, Καθηγητής Αλέξανδρος Κατσαούνης, Επίκουρος Καθηγητής Δ. Σωτηροπούλου, Εργαστηριακό Διδακτικό Προσωπικό Τμήμα: Χημικών Μηχανικών

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Αναφορά, Απαγόρευση Εμπορικής Χρήσης και Διανομή.

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Πατρών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

ΜΕΡΙΚΟΙ ΓΡΑΜΜΟΜΟΡΙΑΚΟΙ ΟΓΚΟΙ

ΣΚΟΠΟΣ Η μελέτη φαινομένων που σχετίζονται με τη μη ιδανική συμπεριφορά υγρών μιγμάτων. Ειδικότερα θα μελετηθεί η συστολή όγκου (volume contraction) που λαμβάνει χώρα κατά την ανάμιξη πραγματικών υγρών.

ΠΡΟΒΛΗΜΑ Ένας «απατεώνας» σερβιτόρος θέλει να υποκαταστήσει 100,00 cm 3 κάποιου ποτού αναμειγνύοντας 30,0 cm 3 αιθανόλης και 70,0 cm 3 νερού 25°C. Θα τα καταφέρει; Αν όχι, τότε επειδή ο συγκεκριμένος σερβιτόρος δεν θα μπορέσει να λύσει το πρόβλημα της συστολής όγκου, τότε εσείς οι φοιτητές θα πρέπει μετά το τέλος της άσκησης να βρείτε τους όγκους που θα πρέπει να αναμείξει για την παρασκευή ενός μείγματος με την ίδια σύσταση και τον απαιτούμενο όγκο. ?αιθανόλη?νερό 100 cm 3 μίγματος με τη ζητούμενη σύσταση

ΘΕΩΡΙΑ Στη περίπτωση ιδανικού μίγματος δύο συστατικών Α και Β, ο γραμμομοριακός όγκος V id του μίγματος, δίνεται από τη σχέση όπου v id o ιδανικός όγκος του μίγματος, n A και n B τα moles του μίγματος και x A και x B τα γραμμομοριακά κλάσματα και V A, V B οι γραμμομοριακοί όγκοι των καθαρών συστατικών. Για τα πραγματικά μίγματα ισχύει όπου και οι μερικοί γραμμομοριακοί όγκοι

O Mερικός Γραμμομοριακός Όγκος συστατικού Α δίνει το ρυθμό μεταβολής του όγκου, όταν η ποσότητα της ουσίας Α αυξηθεί, ενώ η πίεση, η θερμοκρασία και οι ποσότητες των άλλων συστατικών παραμένουν σταθερές. Οι Mερικοί Γραμμομοριακοί Όγκοι των συστατικών ενός μίγματος εξαρτώνται από τη σύσταση, διότι το περιβάλλον κάθε είδους μορίου είναι διαφορετικό όταν η σύσταση μεταβάλλεται από καθαρό συστατικό Α προς καθαρό συστατικό Β.

Ή Μερικός Γραμμομοριακός όγκος i σε ένα μίγμα είναι η μεταβολή του όγκου του συστήματος αν προστεθεί, υπό P,T σταθερά, 1 mole του συστατικού i σε τόσο μεγάλη ποσότητα του συστήματος, ώστε να μη λάβει χώρα μεταβολή της συγκέντρωσής του, δηλαδή είναι ο γραμμομοριακός όγκος του συστατικού i για τη συγκεκριμένη σύσταση του συστήματος.

Η διαφορά μεταξύ πραγματικού και ιδανικού γραμμομοριακού όγκου δίνει το Γραμμομοριακό Όγκο Ανάμιξης Δ Μ V και είναι μια εντατική ιδιότητα που εκφράζει την απόκλιση του μίγματος από την ιδανική συμπεριφορά. Δ Μ V = V r – V id =

Από τις προηγούμενες σχέσεις προκύπτουν οι ακόλουθοι τύποι για τους μερικούς γραμμομοριακούς όγκους των συστατικών Α και Β. V A, V B Δ Μ V Από αυτά τα μεγέθη και τις παραπάνω σχέσεις υπολογίζονται οι μερικοί γραμμομοριακοί όγκοι των συστατικών Α και Β.

ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΟΥ ΜΕΣΟΥ ΓΡΑΜΜΟΜΟΡΙΑΚΟΥ ΟΓΚΟΥ ΑΝΑΜΙΞΗΣ ΜΕ ΤΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΔΙΑΛΥΜΑΤΟΣ

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Παρασκευή 9 διαλυμάτων αιθανόλης- νερού με διάφορες συστάσεις. Ακρίβεια στη μάζα gr. Ζύγιση 9 πυκνόμετρων. Γέμισμα των πυκνομέτρων με τα παραπάνω διαλύματα. Θερμοστάτηση των πυκνόμετρων στους 20 °C σε λουτρό εμβάπτισης για μισή ώρα. Ζύγιση εκ νέου των πυκνόμετρων. Παρασκευή 9 διαλυμάτων αιθανόλης- νερού με διάφορες συστάσεις. Ακρίβεια στη μάζα gr. Ζύγιση 9 πυκνόμετρων. Γέμισμα των πυκνομέτρων με τα παραπάνω διαλύματα. Θερμοστάτηση των πυκνόμετρων στους 20 °C σε λουτρό εμβάπτισης για μισή ώρα. Ζύγιση εκ νέου των πυκνόμετρων. Παρασκευή 9 διαλυμάτων αιθανόλης- νερού με διάφορες συστάσεις. Ακρίβεια στη μάζα gr. Ζύγιση 9 πυκνόμετρων. Γέμισμα των πυκνομέτρων με τα παραπάνω διαλύματα. Θερμοστάτηση των πυκνόμετρων στους 20 °C σε λουτρό εμβάπτισης για μισή ώρα. Ζύγιση εκ νέου των πυκνόμετρων. Για ποιο λόγο γίνεται η θερμοστάτηση; Επειδή δημιουργεί αρκετά προβλήματα πολλές φορές την παραλείπουμε. Πότε έχουμε σημαντικό λάθος;

ΤΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ Προσδιορισμός της συστολής όγκου για τα 9 μίγματα αιθανόλης-νερού. Υπολογισμός των μερικών γραμμομοριακών όγκων της αιθανόλης και του νερού στα 9 διαλύματα. Για κάποιο διάλυμα προσδιορισμός του πραγματικού γραμμομοριακού όγκου του με δύο τρόπους και σύγκριση των δύο τιμών.

1.Υπολογισμός της σύστασης (γραμμομοριακών κλασμάτων) των 9 διαλυμάτων από τη μάζα των συστατικών. 2. Υπολογισμός των πυκνοτήτων των 9 διαλυμάτων από τα δεδομένα του πυκνόμετρου, όγκος πυκνομέτρου και μάζα περιεχόμενου υγρού. 3. Υπολογισμός πραγματικού όγκου v r διαλυμάτων από πυκνότητα και μάζα. ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ 4. Υπολογισμός του πραγματικού γραμμομοριακού όγκου V r

5. Yπολογισμός του ιδανικού γραμμομοριακού όγκου V id = V A x A + V B x B 6. Υπολογισμός του γραμμομοριακού όγκου ανάμιξης Δ Μ V = V r – V id 7. Γραφική απεικόνιση του Δ Μ V σε συνάρτηση με τη σύσταση του διαλύματος

8. Με τη βοήθεια της γραφικής παράστασης και των προαναφερθέντων σχέσεων υπολογίζονται οι μερικοί γραμμομοριακοί όγκοι της αιθανόλης και του νερού. 9. Για ένα διάλυμα υπολογίζεται ο γραμμομοριακός πραγματικός όγκος Vr από τις τιμές των μερικών γραμμομοριακών όγκων.

10. Συγκρίνεται η παραπάνω τιμή του Vr με την αντίστοιχη που υπολογίσθηκε με τη βοήθεια της πυκνότητας του διαλύματος.

Η2ΟΗ2Ο 1 mole H 2 O ( V=18 cm 3 ) H2OH2O V Τ = V α + 18 cm 3 αιθανόλη 1 mole H2O ( V=18 cm3) V Τ = V α + 14 cm3 18 cm 3 είναι ο γραμμομοριακός όγκος του καθαρού νερού 14 cm 3 είναι ο μερικός γραμμομοριακός όγκος του νερού σε καθαρή αιθανόλη Εν κατακλείδι !!!!!

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1.P.W. Atkins, «Φυσικοχημεία», Τόμος I, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, Ν. Κατσάνος, «Φυσικοχημεία-Βασική Θεώρηση», 2η έκδοση, Αθήνα Ν.Θ. Ρακιντζήs, «Φυσικοχημεία», 3η έκδοση, Αθήνα R.C. Reid, J.M. Prausnitz, B.E. Poling, “The properties of gases & liquids”, 4th edition, McGraw-Hill International Editions, Χημική Θερμοδυναμική, Θ. Γιαννακόπουλου, Physical Chemistry, N.J. Moore (Longman, 1981). 7.W. Schafer, J. Klunker, T. Schelenz, T. Meier, A. Symonds, in “laboratory Experiments Chemistry”, Phywe series of publications.

ΤΕΛΟΣ ΕΝΟΤΗΤΑΣ