Determinazione del calore specifico di miscele liquide

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1 Chimica Fiica II Laboaoio A.A Anno Accademico Coo di Lauea in Chimica Chimica Fiica II - Laboaoio Epeienza di Laboaoio: Deeminazione del caloe pecifico di micele liquide Do. Loenzo Fanco 1

2 Chimica Fiica II Laboaoio A.A Tipi di afomazioni emodinamiche Tafomazione ioema (vaiazione di empeaua T 0). Si ealizza meendo il iema in conao emico con un bagno emoaico. Un emplice emoao a 273 K è coiuio da un bagno di acqua e ghiaccio fondene. Tafomazione adiabaica (caloe cambiao q 0 ). Si ealizza in un ecipiene emicamene iolao dall eeno, in modo che il iema non poa cambiae enegia con l ambiene oo foma di caloe ma poa cambiae enegia oo foma di lavoo. Un hemo, o vao di Dewa, è un eempio di conenioe adiabaico. 2

3 Chimica Fiica II Laboaoio A.A Se ad un iema i fonice caloe, la ua empeaua genealmene aumena. Si definice capacià emica C il appoo a enegia fonia come caloe q e l aumeno di empeaua T: C q T in J K -1 o J C -1 La capacià emica è una gandezza eeniva. Si afoma in una gandezza ineniva dividendo pe la maa o il numeo di moli capacià emica pecifica (caloe pecifico) C C J K -1 g -1 m capacià emica molae (caloe pecifico molae) C C m J K -1 mole -1 n 3 3

4 Chimica Fiica II Laboaoio A.A E uile diinguee i cai di afeimeni di enegia emica a peione o volume coane: capacià emica a peione coane C p capacià emica a volume coane C v Sia C v che C p ono popieà eenive. Si oengono gandezze inenive dividendo pe le moli di oanza c c p, m v, m C p n Cv n Capacià emiche molai 4

5 Chimica Fiica II Laboaoio A.A Scambio di enegia (caloe) a volume coane: e non vi è lavoo i icava dal pimo pincipio che quindi du dq C v dq dt V U T V La miua di Cv è uavia peo complicaa dalla neceià di manenee Vcoane. Riula peo più conveniene la miua di Cp. 5

6 Chimica Fiica II Laboaoio A.A ENTALPIA Mole afomazioni avvengono a peione coane (afomazioni iobae). In quee afomazioni viene cambiao caloe ma peo anche il volume cambia e i ha quindi lavoo di volume. La vaiazione di enegia inena non è quindi pai al caloe cambiao. Riula uile definie un ala funzione di ao dea Enalpia H U + PV Le vaiazioni di enalpia deivano da vaiazioni di enegia inena ( U) e del podoo PV ( (PV) ): H U + (PV) U + V P + P V Se la afomazione è iobaa (Pcoane), P0, e i oiene H U + P V 6

7 Chimica Fiica II Laboaoio A.A La vaiazione di enalpia è pai al caloe cambiao a peione coane, con olo lavoo di volume: Dimoazione: H q p q p U w vol (pimo pincipio) U 2 -U 1 + p(v 2 -V 1 ) (U 2 +p 2 V 2 ) (U 1 +p 1 V 1 ) H 2 H 1 H 7

8 Chimica Fiica II Laboaoio A.A Come dipende l enalpia dalla empeaua, a peione fiaa? A peione coane e con olo lavoo di volume, pe incemenae la empeaua dobbiamo fonie caloe al iema. Da H q, i oiene che l enalpia è una funzione cecene della empeaua. Il Caloe pecifico (molae) a peione coane C p,m è la deivaa di H m (T,p) ipeo alla empeaua, a peione coane: H m ( T, p) H m p coane C p, m 1 n dq dt p H T m p n numeo di moli T 8

9 9 Se all ineno di un inevallo di empeaue T il caloe pecifico i può conideae coane, i conideano vaiazioni finie: n T q T H C p m m p 1, Chimica Fiica II Laboaoio A.A

10 Chimica Fiica II Laboaoio A.A Meodo di miua della capacià emica Cp: i fonice una quanià noa di enegia come caloe q, a peione coane (oenibile facilmene con un campione epoo all amofea e in gado di dilaai) i egia l innalzameno di empeaua T. Occoe eviae che il iema cambi caloe con l ambiene eeno: il iema deve eee conenuo in un conenioe iolao emicamene (hemo o vao dewa) 10

11 Chimica Fiica II Laboaoio A.A Pe fonie una quanià noa di caloe i fua il caloe diipao da una eienza aaveaa da coene (effeo Joule): Poenza diipaa P da una eienza R aaveaa da una coene i e oopoa ad una diffeenza di poenziale V : P Vi 2 Ri L enegia diipaa come caloe, nel empo è:: E q 0 V ( ) i( ) Se i eegue la miua manenendo V ed i coani nel empo: 0 d E q R i 2 V i 11

12 Chimica Fiica II Laboaoio A.A Come oenee una afomazione adiabaica in un iema? Il iema (campione in eame) è poo all ineno di un conenioe con paei iolani 12

13 Chimica Fiica II Laboaoio A.A Appaao peimenale: emomeo a mecuio Vao Dewa geneaoe di coene con volmeo e ampeomeo conomeo digiale eienza eleica agiaoe magneico 13

14 Chimica Fiica II Laboaoio A.A Con un Alimenaoe di coene i fonice alla eienza una coene i ad una V noe Con un emomeo i egia la empeaua a vai iani Si oiene una abella del ipo: Tempo () Tempeaua (K) Coene (Ampee) Ddp (Vol) 1 T 1 2 V 1 T i 1 i 2 V 2 14

15 Chimica Fiica II Laboaoio A.A Dalla abella i icavano gafici quali: T empo Inizio icaldameno Fine icaldameno 15

16 Chimica Fiica II Laboaoio A.A Oevazioni: Pima dell accenione i può oevae una lieve vaiazione di empeaua: il campione a equilibando la ua empeaua. Dopo lo pegnimeno della coene, i ha un uleioe aumeno della empeaua pe inezia emica e poi una gaduale diminuzione della empeaua, pe diipazione di caloe veo l eeno. Si devono accogliee puni pima, duane e dopo l accenione della coene. La vaiazione di T i ima come dalla figua eguene: T Τ i empo Pima del icaldameno icaldameno dopo icaldameno 16

17 Chimica Fiica II Laboaoio A.A Aenzione: Il campione liquido è conenuo in un becke di plaica, con un emomeo, un ancoea magneica e la eienza eleica. Tui quei oggei hanno una capacià emica popia. Come epaae il conibuo del campione dalla omma campione+iema di miua? Si fa una miua con un campione a capacià emica noa (e: acqua diillaa) 17

18 Chimica Fiica II Laboaoio A.A Si conidea l epeimeno fao u un campione di Rifeimeno (indicao con ) e ul campione incognio (indicao con ). m, m mae dei campioni i, i coene (media) duane il icaldameno V, V ddp applicaa (media) duane il icaldameno, empi di icaldameno T, T vaiazioni di empeaua c, c capacià emiche pecifiche (pe unià di maa) C 0 capacià emica del iema di miua 18

19 Chimica Fiica II Laboaoio A.A I caloi cambiai nell epeimeno col ifeimeno o con l incognio ono: q q w w el, el, V i V i Ma è anche: q q ( C + m c ) 0 ( C ) 0 + mc T T Unendo le pecedeni elazioni: V i ( C + m c ) V i 0 ( C ) 0 + mc T T 19

20 20 m m c T m V i T m V i c + Il valoe di C 0 viene ineio nella fomula pe il campione incognio e i icava il valoe di c Dalla miua faa ul ifeimeno i oiene C 0 : c m T V i C 0 ( ) T m c C i V + 0 Chimica Fiica II Laboaoio A.A

21 Chimica Fiica II Laboaoio A.A Pe la deeminazione di T i può pocedee come indicao in figua, calcolando le ee pima, duane e dopo il icaldameno, e imando gli eoi ui valoi T 2 f : fine iicaldameno Tdopo ad + bd 300 T/K T T 1 ( + ) / 2 m i f Tpima a p + bp / i : inizio icaldameno 21

22 Chimica Fiica II Laboaoio A.A In quea epeienza i ua come fluido di calibazione l acqua diillaa e come fluidi incognii alcune oluzioni di acqua:glicole eilenico da 10% a 50% in peo/peo. Quee oluzioni ono imili a quelle uae nelle micele anicongelani de adiaoi. In quei cai occoe ovae il appoo oimale a la concenazione di glicole (che abbaa il puno di congelameno della micela) e le popieà di vicoià e di capacià emica (il glicole ha minoe caloe pecifico dell acqua) Di ciacuna oluzione i deemina la cuva di icaldameno e i calcola la capacià emica. Si ipoano i dai con la indicazione della peciione ui valoi ovai (calcolo degli eoi). 22