Laboratorium z chemii fizycznej. Zakres zagadnień na kolokwia

Transkrypt

1 CHEMIA semestr III Laboratorium z chemii fizycznej Zakres zagadnień na kolokwia 1. Wymagania ogólne Podstawą przygotowania do ćwiczeń jest skrypt pt. Chemia fizyczna. Ćwiczenia laboratoryjne, praca zbiorowa pod redakcją H. Strzeleckiego i W. Grzybkowskiego, Gdańsk Należy również korzystać z literatury uzupełniającej, podanej na końcu każdego ćwiczenia w skrypcie. Nazwy ćwiczeń i odpowiadające im strony w skrypcie H. Strzeleckiego: Blok 1 1. Prężność pary nasyconej cieczy (strony ) 2. Diagram fazowy ciecz - para (strony ) 3. Kriometria (strony ) 4. Diagram fazowy układu skondensowanego (strony instrukcja obsługi miernika na stronie Katedry!) 5. Kalorymetria (strony 79-90) 6. Wyznaczanie ciepła rozpuszczania (strony 74-78) 7. Stałe fizykochemiczne cieczy (strony 60-73, ) 8. Polarymetria; kinetyka inwersji sacharozy (strony ) Zalecane jest również korzystanie z podręcznika pt. Chemia fizyczna. Laboratorium fizykochemiczne, L. Komorowski i A. Olszowski, Warszawa Nazwy ćwiczeń i odpowiadające im strony w podręczniku autorów L. Komorowski i A. Olszowski: 1. Prężność pary nasyconej cieczy (strony , ) 2. Diagram fazowy ciecz - para (strony ) 3. Kriometria (strony ) 4. Diagram fazowy układu skondensowanego (strony ) 5. Kalorymetria (strony 98, , , , ) 6. Wyznaczanie ciepła rozpuszczania (strony 95-99, ) 7. Stałe fizykochemiczne cieczy (strony , , , ) 8. Polarymetria; kinetyka inwersji sacharozy (strony , ) Przed przystąpieniem do wykonywania pomiarów laboratoryjnych, każdy ze studentów musi wykazać się znajomością: a) celu ćwiczenia, a więc co mierzymy i jaką wielkość chcemy finalnie wyznaczyć b) sposobu pomiaru mierzonych wartości (w tym przebieg ćwiczenia) c) podstaw teoretycznych metody pomiaru 1

2 2. Wymagania szczegółowe Blok 1 1. Prężność pary nasyconej cieczy 1. Definicje: prężność pary nasyconej, para nasycona, faza, przemiana fazowa, faza metastabilna, temp. przejścia fazowego, diagram fazowy, stan równowagi. 2. Reguła faz Gibbsa - omówienie oraz definicje symboli. 3. Diagram fazowy - narysować, wskazać fazy, punkt potrójny, punkt krytyczny. Wyjaśnić co oznaczają pojęcia: punkt potrójny, punkt krytyczny, ciśnienie krytyczne. 4. Przedstawić na wykresie jak zmienia się prężność pary ze wzrostem temp. 5. Co to jest ciepło parowania? W jaki sposób można wyznaczyć ciepło parowania cieczy H p? Przy jakich założeniach i uproszczeniach? Postać graficzna wyznaczania H p. 6. Co jest celem ćwiczenia? Co mierzymy? Dlaczego uwzględniamy ciśnienie zewn.? 7. Metody pomiaru prężności pary nasyconej: statyczne, dynamiczne, transpiracyjne - omówić. Metoda Daltona - omówić, do jakich metod należy? + literatura- Brdicka str Jak działa, jak wygląda i do czego służy izoteniskop? 2. Diagram fazowy ciecz para 1. Reguła faz Gibbsa. 2. Warunek rozdzielenia składników mieszaniny. 3. Prawa Konowałłowa. 4. Co to jest roztwór doskonały? Prawo Raoulta. Prawo Daltona. 5. Diagram fazowy dla dwuskładnikowego roztworu doskonałego w warunkach izobarycznych i izotermicznych - omówienie. Krzywa rosy, krzywa wrzenia - jakie zależności przedstawiają i wskazanie ich na diagramach. 6. Co to jest: mieszanina azeotropowa, azeotrop dodatni, azeotrop ujemny, zeotrop. 7. Diagramy fazowe w warunkach izobarycznych i izotermicznych w przypadku dużych odchyleń od prawa Raoulta, czyli azeotropów - omówienie. 8. Pojęcia: destylacja, rektyfikacja. (a) Krzywa destylacji prostej i rektyfikacji. (b) Omówienie procesu destylacji i rektyfikacji na diagramie fazowym dla roztworu doskonałego. (c) Omówienie destylacji mieszanin azeotropowych. 9. Ebuliometr Cottrella - budowa i działanie. 10. Co jest celem ćwiczenia? Co się mierzy? W jaki sposób wyznacza się skład kondensatu? 3. Kriometria 1. Definicje: kriometria, temp. krzepnięcia, normalna temp. krzepnięcia, wielkości koligatywne, molalność (sprawdzenie definicji molalności w prostym zadaniu), stała krioskopowa (+wzór, jednostka), obniżenie temp. krzepnięcia, mieszanina chłodząca. 2. Dlaczego substancja rozpuszczona wpływa na temp. wrzenia i krzepnięcia? Wyjaśnienie (ze zrozumieniem): a) na podstawie typowego diagramu fazowego (literatura dodatkowa, m.in. Komorowski, Olszowski str. 370) oraz b) na podstawie zależności potencjału chemicznego od temperatury (Atkins, str. 137, rozdział 6.5 (a) oraz str ). Najistotniejsze zagadnienie z tego tematu!! 3. Jak wygląda zależność obniżenia temperatury roztworu od jego molalności? Dlaczego zależność ta jest prawdziwa jedynie dla roztworów rozcieńczonych? 4. Metody wyznaczania temperatury krzepnięcia roztworów (Beckmana i równowagowa). 2

3 5. Dlaczego w metodzie Beckmana uzyskuje się prawdziwie wartości temperatury krzepnięcia czystych rozpuszczalników, a zaniżone dla roztworów? 6. W jaki sposób można zmniejszyć błędy pomiarowe w metodzie Beckmana? 7. Dlaczego w metodzie równowagowej nie jest konieczna dokładna znajomość początkowego stężenia roztworu? 8. Jak wygląda typowy wykres zależności temperatury krzepnięcia od czasu (dla czystego rozpuszczalnika i roztworu wyjaśnić czym się różnią)? Literatura dodatkowa: Komorowski, Olszowski str. 372, 9. W jaki sposób można wyznaczyć masę cząsteczkową substancji rozpuszczonej metodą kriometryczną? (czyli tok postępowania poparty wzorami). Jakie inne parametry dotyczące substancji rozpuszczonej można uzyskać metodami kriometrycznymi? 10. Co jest celem ćwiczenia? (na czym polega pomiar, co wyznaczamy), czyli punkt 9. Literatura dodatkowa: Brdicka str , Barrow str , Atkins str. 137, , Komorowski, Olszowski str. 370, Diagram fazowy układu skondensowanego 1. Definicje: układy skondensowane, faza, składnik niezależny bez reakcji i z reakcją, stopnie swobody, układ inwariantny, diagram fazowy, eutektyk, temperatura eutektyczna, linia solidusa, linia likwidusa, przystanek temperaturowy. 2. Reguła faz Gibbsa + reguła faz Gibbsa dla układów skondensowanych. 3. Krzywe stygnięcia; a) dla czystej substancji; b) dla układu dwuskładnikowego (z całkowitą mieszalnością) i c) eutektyka prostego. Omówienie krzywych stygnięcia, czyli wskazanie jakie fazy znajdują się w danym etapie oraz obliczenie liczbę stopni swobody.!!! 4. Konstrukcja diagramów fazowych na podstawie krzywych stygnięcia: a) dla eutektyków prostych oraz b) dla układów z całkowitą mieszalnością wskazanie faz, linii likwidus i solidus.!!! 5. W jaki sposób wyznaczyć ciepło topnienia czystego składnika mieszaniny eutektycznej prostej? (wzór, diagram, wykres). Przy jakich założeniach? 6. Jaki jest cel ćwiczenia? W jaki sposób ten cel osiągnąć (na czym polega pomiar? - czyli co bezpośrednio mierzymy i co następnie wyznaczamy) instrukcja na stronie katedry: "Diagram fazowy Sn-Pb (krzywe stygnięcia) w wersji z miernikiem METEX (opracował W.Chrzanowski" 5. Kalorymetria 1. Podstawowe pojęcia termodynamiczne: układ, otoczenie, rodzaje układów: zamknięty, izolowany, otwarty, ciepło reakcji, reakcje egzo i endoenergetyczne, I zasada termodynamiki, prawo Hessa, prawo Kirchhoffa, ciepło molowe, ciepło właściwe. 2. Rodzaje kalorymetrów. 3. Wyznaczanie ciepła reakcji w kalorymetrach: diatermicznym i adiabatycznym. 4. Bieg kalorymetru. Biegi dla różnych kalorymetrów: izotermicznego, adiabatycznego, diatermicznego. Wyznaczanie T. 5. Sposoby wyznaczania pojemności cieplnej kalorymetru. 6. Schemat kalorymetru do pomiarów ciepła neutralizacji kwasu oraz do pomiarów ciepła właściwego cieczy. 7. W jaki sposób wyznacza się ciepło właściwe cieczy? - co mierzymy i co na podstawie pomiarów wyznaczamy. 8. W jaki sposób wyznacza się ciepło neutralizacji kwasu? - co mierzymy i co na podstawie pomiarów wyznaczamy. 3

4 6. Wyznaczanie ciepła rozpuszczania 1. Co to jest ciepło rozpuszczania? Od czego zależy szybkość rozpuszczania? (materiał dodatkowy ciepło rozpuszczania + literatura dodatkowa, w której opisany jest proces rozpuszczania). Co to jest rozpuszczalność? 2. Omówienie procesu rozpuszczania (z podziałem na etapy) można znaleźć w literaturze dodatkowej podanej na końcu rozdziału dotyczącego ciepła rozpuszczania (1 pozycja lit. autor Tomassi). 3. Co to jest roztwór doskonały? Co to jest roztwór przesycony? Co to jest roztwór nasycony? 4. Rodzaje ciepła rozpuszczania. 5. Metody pomiaru rozpuszczalności. 6. Na jakiej zasadzie wyznacza się ciepło rozpuszczania w ćwiczeniu? - na czym polega pomiar? co należy najpierw wyznaczyć, żeby osiągnąć cel? 7. Stałe fizykochemiczne cieczy 1. Napięcie powierzchniowe a) co to jest napięcie powierzchniowe? Jednostka. b) przyczyna występowania napięcia powierzchniowego. c) od czego zależy napięcie powierzchniowe? d) metody pomiaru napięcia powierzchniowego cieczy. 2. Temperatura wrzenia a) czym zajmuje się ebuliometria? b) co to jest temperatura wrzenia i normalna temp. wrzenia? c) jak wyznaczyć temperaturę wrzenia w warunkach normalnych? d) błędy w odczycie temperatury. e) budowa i zasada działania ebuliometru świętosławskiego. 3. Gęstość a) co to jest gęstość? Jednostka. Co to jest gęstość względna? b) zależność gęstości substancji od temperatury. c) co to jest objętość właściwa? Jednostka. d) metody pomiaru gęstości. 4. Lepkość a) co to jest lepkość? Jednostka. b) rodzaje lepkości. c) jak zmienia się lepkość cieczy i gazów wraz ze wzrostem temperatury? wyjaśnienie. d) pomiar lepkości - zasada działania różnych wiskozymetrów. 5. Współczynnik załamania światła a) co to jest: współczynnik załamania światła oraz bezwzględny współczynnik załamania światła? b) od czego zależy współczynnik załamania światła? c) w jaki sposób można wyznaczyć współczynnik załamania światła? d) rysunek: bieg promieni przy przejściu z ośrodka optycznie gęstszego do rzadszego i odwrotnie. Kąt padania, załamania, odbicia, kąt graniczny. e) schemat optyczny biegu promieni w pryzmatach Abbego i zasada działania refraktometru Abbego Materiał dodatkowy do współczynnika załamania światła podany jest na końcu działu z tego tematu. 4

5 8. Polarymetria; kinetyka inwersji sacharozy 1. Definicje: równanie kinetyczne, szybkość reakcji (od czego zależy), stała szybkości reakcji (od czego zależy), rząd reakcji. 2. Wyznaczanie zależności stężenia od czasu dla reakcji: 0, I i II-rzędu. Wyprowadzenie jednostki stałej szybkości. Przedstawienie na wykresie zależności stężenia substratu od czasu. 3. Co to są substancje optycznie czynne? Co to są enancjomery? 4. Od czego zależy kąt skręcania płaszczyzny polaryzacji? 5. Co to jest skręcalność właściwa? 6. Co to jest światło? 7. Na czym polega zjawisko polaryzacji? Sposoby polaryzacji światła. 8. Schemat blokowy prostego polarymetru. 9. Zasada działania polarymetru. 10. Co jest celem ćwiczenia? (na czym polega pomiar, czyli co bezpośrednio mierzymy i co wyznaczamy na podstawie pomiarów) 5