ГЛАВА 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ ОБРАЗОВАНИЯ КРИСТАЛЛОГИЛРАТОВ Вещества, в кристаллы которых входят молекулы воды, называются кристаллогидратами, а содержащаяся в них вода — кристаллизационной. Состав кристаллогидратов принято изображать формулами, показывающими, какое количество кристаллизационной воды содержит кристаллогидрат. Например, кристаллогидрат сульфата меди (медный купорос), содержащий на один моль CuSO4 пять молей воды, изображается формулой CuSO4*5H2O кристаллогидрат сульфатанатрия (глауберова соль)формулой Na2SO4*10H2O [3]. Прочность связи между веществом и кристаллизационной водой в кристаллогидратах различна. Многие из них теряют кристаллизационную воду уже при комнатной температуре. Так, прозрачные кристаллы соды Na2CO3*10H2O легко «выветриваются», — теряя кристаллизационную воду, становятся тусклыми и постепенно рассыпаются в порошок. Для обезвоживания других кристаллогидратов требуется довольно сильное нагревание. Процесс образования гидратов протекает с выделением теплоты. При растворении вещества, подвергающегося гидратации, общий тепловой эффект складывается из теплового эффекта собственно растворения и теплового эффекта гидратации. Поскольку первый из этих процессов эндотермичен, а второй экзотермичен, то общий тепловой эффект процесса растворения, равный алгебраической сумме тепловых эффектов отдельных процессов, может быть как положительным, так и отрицательным. Теплота образования кристаллогидратов. Теплота образования кристаллогидратов, это теплота, выделяющаяся при взаимодействии безводной соли с кристаллизационной водой. Ее определяют из интегральных теплот растворения безводной соли и кристаллогидрата в таких количествах воды, чтобы полученный раствор в обоих случаях имел одинаковую концентрацию . Сущность калориметрии. Описание калориметра. Калориметрия (от лат. calor - тепло и греч. metreo - измеряю), совокупность методов измерения количества теплоты, выделяющейся или поглощающейся в каком-либо процессе. Калориметрия используется для определения удельной теплоемкости (количества тепла, необходимого для повышения температуры единицы массы или объема вещества на один градус), теплоты плавления или испарения (количества тепла, необходимого для плавления или испарения единицы массы или объема вещества) и теплоты реакций (количества тепла, выделяемого или поглощаемого в химических реакциях). В основе калориметрических измерений лежат законы Гесса и Кирхгофа. Содержание калориметрии – измерение теплоемкостей систем различного состава, тепловых эффектов химических реакций и физико-химических процессов, установление зависимости тепловых эффектов от параметров состояния. Для определения количества теплоты используют специальные приборы - калориметры. Совокупность частей калориметра, между которыми распределяется измеряемое количество теплоты, называют калориметрической системой. Она включает в себя калориметрический сосуд, в котором протекает изучаемый процесс, инструмент для измерения электрический нагреватель и др. Калориметрическую систему защищают экранами или оболочками, предназначенными для регулирования ее теплообмена с окружающей средой. Оболочки могут быть изотермическими или адиабатическими. Разность температур калориметрической системы и оболочки контролируют простыми и дифференциальными термопарами и термобатареями, терморезисторами и т.д. Температуру оболочки, снабженную электрическим нагревателем, регулируют автоматически с помощью электронных устройств. Описание калориметрической установки и методика проведения опытов. Экспериментальное определение тепловых эффектов реакций, протекающих в растворах, проводят с помощью установки, показанной на рисунке 1. Схема калориметрической установки Установка состоит из калориметрического сосуда, внутреннего стакана, который помещен в наружный сосуд из органического стекла. Для уменьшения потерь тепла калориметрический сосуд и внутренний стакан не соприкасаются друг с другом, а также со стенками наружного сосуда. Наружный сосуд закрыт крышкой, в которой имеются три отверстия: для мешалки, воронки, через которую вводятся реагирующие вещества и термометра. Наружный сосуд установлен на подставке, в которую вмонтирована электрическая схема мотора, вращающего мешалку. Количество теплоты, выделяющейся или поглощающейся в калориметре, определяется по формуле q = k c m Δt, (1.1) где k = 1,15 – поправочный коэффициент, учитывающий потери тепла при нагревании стеклянных частей прибора; m – масса раствора, равная сумме массы воды и массы растворенного вещества, г. При проведении реакции нейтрализации относительную плотность раствора (d) можно принять равной плотности воды (1 г/см3 ) и рассчитать массу раствора по формуле m = dV; с – удельная теплоемкость раствора, равная удельной теплоемкости воды 4,2 Дж/г0С. Пересчет теплового эффекта на 1 моль реагирующего вещества (ΔН) производится по формуле ΔН = - q/n, (1.2) где n – количество молей реагирующего вещества. Все работы по определению тепловых эффектов химических процессов следует проводить в одинаковой последовательности. Поместите в реакционный сосуд измеренный мерным цилиндром объем раствора и дождитесь выравнивания температуры калориметра и окружающей среды для чего, выждав предварительно 3-5 мин., запишите показания термометра в течение 3 мин. С интервалом в 30 с. Убедившись, что температура не меняется, примите ее за величину tнач. Затем включите мешалку и внесите через воронку измеренный объем раствора и, непрерывно перемешивая раствор мешалкой, проводите замеры температуры через 30 с., наблюдая ее рост и последующее уменьшение.