การทดลองที่ 1 การหาความดันไอและความร้อนแฝง ของการเกิดไอของน้ำ ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย การทดลองที่ 1 การหาความดันไอและความร้อนแฝง ของการเกิดไอของน้ำ (Determination of Vapor Pressure and Latent Heat of Vaporization)
วัตถุประสงค์ 1. ให้นิสิตรู้จักวิธีตรวจสอบมาตรฐานอุปกรณ์ ทางวิทยาศาสตร์ เช่น หลอดวัดปริมาตร 2. ใช้อุปกรณ์หรือเครื่องมืออย่างง่ายในการวัด ความดันไอของของเหลว 3. หาความดันไอของน้ำในช่วงอุณหภูมิ50-80oC 4. หาความร้อนแฝงของการเกิดไอของน้ำใน ช่วงอุณหภูมิ 50 - 80oC
ทฤษฎี - 2.303RT log P = + C T = อุณหภูมิของของเหลว (K) จากสมการClausius-clapeyron log P = + C DHvap 2.303RT - (1) P = ความดันไอ (atm) DHvap = ความร้อนแฝงของการเกิดไอ (J/mol) T = อุณหภูมิของของเหลว (K) R = ค่าคงที่ของแก๊ส (J/K mol) C = เป็นค่าคงที่ .
- ( ) คือ กรณีที่ให้ DHvap มีค่าคงที่ในช่วงอุณหภูมิที่กำหนดให้ สมการที่ 1 จะเป็นสมการเส้นตรง ในรูป y = ax + c คือ log P = + C DHvap 2.303R - ( ) 1 T
ดังนั้นถ้าเขียนกราฟระหว่าง ซึ่งทำให้สามารถหา DHvap ได้ 1 T log P กับ จะได้กราฟเส้นตรง log P 1/T DHvap 2.303R Slope = - ซึ่งทำให้สามารถหา DHvap ได้
) ( นอกจากนี้สมการClausius -clapeyron ยังเขียนในเชิงเปรียบเทียบกันได้ log P2 P1 = DHvap 2.303R 1 T2 T1 ( ) - ซึ่งใช้หา DHvap ได้เช่นเดียวกัน
วัสดุอุปกรณ์ หลอดหยด บิวเรต แท่งแก้วคน heater บีกเกอร์ ขาตั้ง เส้นลวด Speed heater หลอดวัดปริมาตร บีกเกอร์ 250 mL 200 100 เทอร์โมมิเตอร์ ขาตั้ง บิวเรต หลอดหยด เส้นลวด
heat Speed heat stire heat stire 100 200 heat stire 100 200 100 200 heat stire
การอ่านสเกลบนบิวเรต ส่วนโค้งต่ำสุดของสารละลาย (ทศนิยม 2 ตำแหน่ง)
การทดลอง แบ่งออกเป็น 3 ตอน 1. ตรวจสอบความถูกต้องของหลอดวัดปริมาตร 2. หาปริมาตรแก๊สผสมในหลอดวัดปริมาตรที่ 50 - 80oC เพื่อหาความดันไอ 3. หาปริมาตรอากาศในหลอดวัดปริมาตรที่ 5oC เพื่อหาจำนวนโมลของอากาศ
ตรวจสอบความถูกต้องของ ตอนที่ 1 ตรวจสอบความถูกต้องของ หลอดวัดปริมาตร
- ไขน้ำกลั่นจากบิวเรต 2mL ลงในหลอดวัดปริมาตร - อ่านปริมาตรของน้ำกลั่น ในหลอดวัดปริมาตร หลอดวัดปริมาตร 2mL
ค่าที่ปรับแก้เป็น -0.10 mLเสมอ วัดปริมาตรของไอได้เท่ากับ 3.00 mL ตัวอย่างเช่น วัดปริมาตรของไอได้เท่ากับ 3.00 mL ค่าจริงเป็น 3.00-0.10 = 2.90 mL
หาปริมาตรแก๊สผสมในหลอดวัด ปริมาตรที่ 50o - 80oC เพื่อหาความดันไอ ตอนที่ 2 หาปริมาตรแก๊สผสมในหลอดวัด ปริมาตรที่ 50o - 80oC เพื่อหาความดันไอ 1. ตั้งบีกเกอร์บนเครื่อง ให้ความร้อน 100 200 2. เติมน้ำกลั่นประมาณ 3/4 ของบีกเกอร์ heat speed
3. บรรจุน้ำกลั่นลงในหลอดวัดปริมาตรให้เต็ม
4. ใช้นิ้วปิดปากหลอดแล้วนำไปคว่ำในบีกเกอร์ เติมอากาศให้ได้ 2 mLโดยใช้หลอดหยด แล้วเติมน้ำกลั่นจนท่วมหลอดวัดปริมาตรพอดีดังรูป heat speed heat speed heat stire heat speed heat stire heat stire 3 cm 100 200 2mL
5. ทำให้ร้อนบน Heater โดยใช้แท่งแก้วคนให้ ความร้อนกระจายอย่าง สม่ำเสมอ speed heat speed
6. อ่านปริมาตรของแก๊สผสมที่ 50,55,60, 65, … 80oC แล้วบันทึกปริมาตรและ อุณหภูมิในตาราง heat speed heat speed heat speed heat speed heat speed ……? mL
7. ยกทั้งระบบออกจาก Heater อย่าง ระมัดระวัง speed heat stire heat speed
8. ลดอุณหภูมิของน้ำในบีกเกอร์โดยใช้น้ำเย็น หรือน้ำแข็งใส่ลงไป วัดปริมาตรของแก๊สผสมที่ 80 , 75, 70 ….50oC …?mL หมายเหตุ : รักษาระดับน้ำในบีกเกอร์ให้ท่วมหลอดวัดปริมาตรพอดี
หาปริมาตรอากาศในหลอดวัดปริมาตร ที่ 5oC เพื่อหาจำนวนโมลของอากาศ ตอนที่ 3 หาปริมาตรอากาศในหลอดวัดปริมาตร ที่ 5oC เพื่อหาจำนวนโมลของอากาศ
ปรับอุณหภูมิของน้ำในบีกเกอร์ให้เป็น 5oC …?mL หมายเหตุ : รักษาระดับน้ำในบีกเกอร์ให้ท่วมหลอดวัดปริมาตรพอดี
การคำนวณ Patm x Vcorr nair = RT 1. คำนวณจำนวนโมลของอากาศในหลอดวัดปริมาตร ที่อุณหภูมิ 5oC โดยใช้สูตร PV = nRT nair = Patm x Vcorr RT นั่นคือ Patm = ความดันของบรรยากาศ (atm) Vcorr = ปริมาตรของอากาศที่แก้ไข (L) nair = จำนวณโมลของอากาศ (mol) R = ค่าคงที่ของแก๊ส 0.082 (L.atm/K.mol) T = อุณหภูมิเคลวิน (K)
หมายเหตุ: จำนวนโมลของอากาศในหลอดวัด ปริมาตรจะมีค่าคงที่เสมอ 2. คำนวณความดันย่อยของอากาศ ( Pair ) ในแก๊สผสมที่อุณหภูมิ 50 - 80oC Pair = RT Vcor nair . หมายเหตุ: จำนวนโมลของอากาศในหลอดวัด ปริมาตรจะมีค่าคงที่เสมอ
Patm = Pair + P P = Patm - Pair 3. คำนวณความดันไอของน้ำในแก๊สผสมที่ 50-80oC โดยใช้สูตร Patm = Pair + P H2O P = Patm - Pair H2O
4. เขียนกราฟระหว่าง log P กับ 1/T จะได้กราฟเป็นเส้นตรง H2O DHvap 2.303R ความชัน (slope) = - slope log P H2O DHvap = -2.303 R x slope 1/T R = 8.3143 J/K.mol
รศ. อินทิรา หาญพงษ์พันธ์ รศ. อินทิรา หาญพงษ์พันธ์ รศ. เทพจำนงค์ แสงสุนทร บท