Työn 2 ohje - Koppa

Polton aikana syntyy pääasiassa hiilidioksidia ja vettä. Koska pommiin jää happihuuhtelustahuolimatta typpeä, syntyy sivutuotteena aina jonkin verran typpihappoa. Tämä sivutuote japommin ylimääräinen palamaton happi jätetään huomioimatta laskuissa. Sen sijaan laskuissahuomioidaan palanut rauta- ja puuvillalanka. Palamisreaktiossa vapautuva lämpö vastaa siislankojen ja tutkittavan aineen palamislämpöjen summaa,missä m i :t ovat rauta- ja puuvillalangan sekä mitattavan aineen massat ja H i :t vastaavia palamislämpöjä.Toisaalta reaktiossa vapautuva lämpöenergia kuluu kokonaisuudessaan kalorimetrinlämmittämiseen, jotenqreaktiomissä T lämpötilan on muutos ja c kalorimetri kalorimetrin lämpökapasiteetti. Yhdistämällä yhtälöt(13) ja (14) saadaan yhteys kalorimetrin lämpökapasiteetin ja poltettavien aineiden palamislämpöjenvälille:iqreaktio qm H Tci mHkalorimetriii TckalorimetrikalorimetriLaskuissa rautalangalle käytetään H = -3.05 kJ/g, puuvillalangalleH = -17.5 kJ/g ja bentsoehapolleH = -26.43 kJ/g. Kun mitataan lämpötilan muutos aineelle jonka palamislämpötunnetaan (tässä bentsoehappo) voidaan kalorimetrin lämpökapasiteetti laskea kaavalla (15).ii(13)(14)(15)Työn suoritusAluksi valmistetaan kaksi tablettia (n. 1 g) sekä bentsoehaposta että assistentin määräämästätuntemattomasta näyteaineesta. Purista tabletti tunkin ja sylinterin avulla siten, että noin 7 cmmittainen rautalanka kulkee tabletin läpi. Punnitse käyttämäsi rautalanka ennakkoon niin, ettävoit punnita tarkkaan näytetabletin. Rautalangan rinnalle tabletin sisään puristetaan myös noin7 cm:n pätkä puuvillalankaa sytytyksen varmistamiseksi. Koska puuvillalanka on kevyttä,punnitaan 7 cm:n pätkä monisäikeistä lankaa ja käytetään vain yhtä säiettä polttoa kohti. Teräksisenpommin kansiosa sijoitetaan telineeseen ja tabletin läpi kulkeva rautalanka kiinnitetäänelektrodeihin. Lanka kierretään pari kertaa kummankin elektrodin ympäri ja lukitaankiinnitysholkeilla sähkökontaktin varmistamiseksi. Tabletti jää tällöin vapaasti roikkumaanelektrodien varaan. Huom! Älä kiristä lankaa liian tiukkaan.

Pipetoi 1 ml vettä pommiin, jotta happiatmosfääri pommissa olisi vesihöyryllä kyllästetty jakaikki palamisessa syntyvä vesi olisi nestemäistä. Kierrä pommi kiinni. Varmista yleismittarilla,ettei elektrodien välillä ole katkoksia. Huuhtele pommi ensin päästämällä paineletkun avullapommiin happea ja pitämällä tyhjennysventtiili auki. Sulje tyhjennysventtiili ja laske huuhdeltuunpommiin lopuksi 30 atm happea. Kierrä täyttöventtiilin suojaksi suojamutteri. Huomaa, ettähappipullossa on päähana ja neulaventtiili. Avaa ensin päähana ja kierrä sitten vähitellen neulaventtiiliäauki ja seuraa painemittaria kunnes haluttu lukema on saavutettu. Pommi täyttyy suhteellisenhitaasti. Voit tarkistaa pommissa olevan paineen kiertämällä neulaventtiili välillä kiinnija katsomalla mihin paine asettuu. Sulje sitten neulaventtiili ja irroita paineletku pommista.Muista sulkea päähana työn loputtua.Täytä vesiastia vedellä (lämpötila 294 - 295 K) siten, että astian ja veden yhteispaino on tarkasti2450 g. Kalorimetriastian vesi tulee vaihtaa jokaisen polton yhteydessä ja jokaisessa poltossa onkäytettävä samaa vesimäärää (havainnoi myös vesimäärän mittaustarkkuus) ja samaa alkulämpötilaa.Aseta pommi pohjalla olevalle paikalle ja siirrä se vielä hiukan lähemmäksi etureunaa.Nosta vesiastia kalorimetriin kahva kohti koneen etuosaa. Kiinnitä sytytysjohdot pommiin ja suljekalorimetrin kansi. Käynnistä jäähdytys. Käynnistä kalorimetri ja lämpömittari. Odota lämpötilantasaantumista noin 10 min ja nollaa lämpömittari. Paina sytytintä, kunnes sytytyslangan palamisenosoituksena syttyy punainen merkkivalo. Odota noin 10 min ja kirjaa lämpötilanmuutos.Tyhjennä pommi ja punnitse/mittaa palamatta jäänyt rautalanka. Puhdista ja kuivaa pommi.Työssä määritetään kaikkiaan neljän tabletin palamislämmöt eli sekä bentsoehaposta että tuntemattomastaaineesta valmistetaan kaksi (noin gramman painoista) tablettia.VirhetarkasteluPalamislämmön virhetarkastelu tehdään neliöjuurikaavalla (l6)dq 2 dq 2 q ( x) ( y) ..., (16)dx dymissä q on laskettavan suureen virhe, dq/dx on osittaisderivaatta suureen x suhteen, x onmitatun suureen virhe ja vastaavasti myös suureelle y. Tähän kaavaan tulee niin monta termiä

kuin on suureita, joissa on virhettä. Esimerkki kaavan käytöstä on monisteessa "ohjeita fysikaalisenkemian harjoitustöiden tekoon" sivu 10.Kalorimetrin lämpökapasiteetin virhearvioissa sovelletaan kaavaa (16). Kalorimetrin lämpökapasiteetinvirheen laskussa voidaan laskemista helpottaa jättämällä puuvillalangan ja rautalanganvirheet huomioimatta, koska ne ovat niin pieniä. (Tämän voi varmistaa laskemallavirheet puuvillalangalle ja rautalangalle ja verrata tämän virheen suuruutta kokonaisvirheeseen.)Virheet tulevat bentsoehapon tabletin massasta ja lämpötilasta.Tuntemattoman näytteen palamislämmön virhe saadaan myös kaavasta (16). Virheet tulevatlämpötilasta, tuntemattoman aineen massasta ja kalorimetrin lämpökapasiteetista. Myös tässätapauksessa voidaan puuvillalangan ja rautalangan virhearviot jättää huomioimatta.Työselostuksessa on käsiteltävä seuraavia asioita: Annetaan tarkka kuvaus käytetystä laitteistosta ja sen toimintaperiaatteesta (piirräkaaviokuva). Selvitetään, mitä tarkoitetaan kalorimetrin lämpökapasiteetilla ja kuinka se lasketaan. Selvitetään, miten tuntemattoman aineen palamislämpö määritetään. Kirjoitetaan palamisreaktio bentsoehapolle ja lasketaan sen teoreettinen palamislämpölähtien teoreettisista muodostumislämmöistä. Etsi tiedot kirjallisuudesta. Lasketaan kuinka suuri prosentuaalinen virhe tehdään, kun jätetään tilavuudenmuutostyöhuomioimatta. (Oletetaan, että ideaalikaasujen tilanyhtälö on voimassa.) Kalorimetrin lämpökapasiteetin ja tuntemattoman aineen palamislämmön virheet lasketaankäyttäen virheen etenemislakeja. Kirjoita johtamasi virhekaavat näkyviin! Tuloksena ilmoitetaan pommikalorimetrin lämpökapasiteetti virherajoineen ja tuntemattomanaineen palamislämpö virherajoineen. Muista kirjallisuusarvo tuntemattomalle aineelle.KirjallisuusAtkins, P. W., Physical Chemistry, Oxford University Press: Chapter 2 The First Law: The Concepts