УДК 661.733.31 Исследование термодинамических свойств

УДК 661.733.31
Исследование термодинамических свойств винной кислоты
Данилин В.Н., Смирнова Л.С., Боровская Л.В., Пышная Л.Ф.
Кубанский государственный технологический университет
Ключевые слова: ВИННАЯ КИСЛОТА, КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ
МЕТОДЫ, ДСК, ДТА, ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ЭНТАЛЬПИЯ
РАЗЛОЖЕНИЯ
Экспериментальным путем были получены результаты, приведенные в
таблице 1. Туда же занесены и результаты обработки экспериментов.
Таблица 1 – Результаты экспериментов на ДСК
№
Т
Т пик, Т плавления
Вес
Мг
∆H, Дж/г
образца плавления
кальки навески
ºС
конечная,
начальная,
ºС
ºС
1
158
170
173
781
19
253,25
2
160
171
174
437
11
244,7
3
155
169
174
742
18
254
4
161
174
177
1012
23
271,1
5
158
170
178
822
18
281,4
6
160
169
172
403
9
275,9
7
159
171
177
505
10
311,1
8
161
172
174
597
12
306,5
9
159
170
176
795
18
272,1
Определение
∆Hуд. обр. =
,
где ∆Нуд. эт. – удельная энтальпия эталона,
mэт. – масса навески эталона,
Nобр. – вес площади пика образца,
mобр. – масса навески образца,
Nэт. – вес площади пика эталона.
За эталон мы прописали Пальмитиновую кислоту и получили формулу:
∆Hуд. обр. =
В любых экспериментальных данных бывают ошибки: приборные,
систематические, случайные. Последние устранить нельзя, но влияние случайных
ошибок может быть уменьшено проведением повторных измерений и
статистической обработкой полученных данных. Чем больше число измерений, тем
1
меньше коэффициент и доверительный интервал для данного уровня надежности.
Имеет смысл ставить не менее трех параллельных опытов, проводить не менее трех
измерений.
Истинное значение искомой величины (а0) можно выразить, как среднее
арифметическое (ā) из m ее измерений (при первом приближении):
а0 = ā =
мерой случайной ошибки, т.е. погрешности, с которой определено истинное
значение а0, может служить среднее арифметическое отклонение
∆=
но более строгим и надежным способом определения случайной ошибки
является расчет, проведенный вероятностным методом на основе той или иной
функции распределения непрерывных случайных величин.
В исследовательской практике число повторных измерений редко превышает
10 – 15, в нашем случае m = 9. Когда m < 30, для определения случайной ошибки
используют функцию распределения Стьюдента
= f (t),
где t – коэффициент Стьюдента, характеризующий зависимость абсолютной
погрешности ∆ от числа измерений m при заданной доверительной вероятности P.
Величину абсолютной погрешности вычисляют по формуле
∆ = ā – а0 = ± t · S(ā)
где
S(ā) =
есть среднее квадратическое отклонение среднего арифметического,
характеризующее степень разбросанности результатов измерений относительно
истинного значения.
Число степеней свободы f = m – 1.
Расчет случайной ошибки обычно проводят задаваясь доверительной
вероятностью Р = 0,95. Так же мы поступим и в нашем случае.
Используя таблицу Стьюдента, имеем, что значение t при доверительной
вероятности 0,95 = 2,31.
Окончательный результат можно записать как
а0 = ā ± ∆
Можем так же определить относительную ошибку измерения искомой
величины
∆=
· 100%
Рассчитаем по температурному пику:
а0 = ā = 1536/9=170,7
∆ (сред. арифм. отколон.) =1,26
2
S(ā) = 1,77
∆ (абсол. погреш.) = 2,31 · 1,77 = 4, 097
f=8
а0 = ā ± ∆ = 170,7 ± 1,26
δ = 2,4
А так же проведем расчеты по ∆Н:
а0 = ā = 2470,05/9 = 274,45
∆ (сред. арифм. отколон.) = 0,05/9= 0,0055
S(ā) = 3,472
∆ (абсол. погреш.) = 2,31 · 3,472 = 8,02
f=8
а0 = ā ± ∆ = 274,45 ± 0,0055
δ = 2,9
Молярная масса = 150, 09
= 54,4 ± 12,6 Дж/моль·градус = 13 ± 3 кал/моль·град
γпл = (54,4 · (170,7+273)) : 150,09 = 160,82
γпл max = ((54,4+12,6) ·(170,7+273)) : 150,09 = 186,24
274,45Дж/г · 150,09 = 41192,2 : 170,7 = 241,3
Далее был проведен эксперимент винной кислоты на дериватографе.
Полученные результаты занесены в Таблицу 2.
Таблица 2 - Результаты экспериментов на дериватографе
Т плавления
Т плавления
№
S
∆H, Дж/г
образца
начальная, ºС
конечная, ºС
1
112
195
521,2
23
2
124
198
611,8
27
3
122
200
634,5
28
Обработав результаты имеем, что
∆Hсред = 589,2 Дж/г
Исследуя пики мы получили:
∆Hплав = 54,5% = 321,1 Дж/г
∆H разл = 45,5% =268,1 Дж/г
Рассмотрим и проанализируем энтальпию разложения по закону Гесса.
При нагревании винная кислота подвергается дегидратации
декарбоксилированию с образованием пировиноградной кислоты:
С4Н6О6
и
СО2 + Н2О + С3Н4О3
3
Закон Гесса позволяет теоретически рассчитать энтальпию разложения.
Проведя вычисления, получаем ∆H = 261,4 Дж/г.
4