Метод Канниццаро
Этот метод применим для определения атомных масс элементов, дающих газообразные или легколетучие соединения.
Для нахождения атомной массы этим методом определяют молярную массу возможно большего числа газообразных или легколетучих соединений данного элемента. Затем на основании данных анализа рассчитывают, сколько атомных единиц массы приходится на долю этого элемента в молекуле каждого из взятых соединений. Наименьшее количество данного элемента в молекуле изученных веществ и будет его атомной массой, так как в молекуле не может находиться меньше 1 атома.
Наименьшая масса углерода, содержащегося в молекулах приведенных соединений равна 12 а.е.м. Следовательно, атомная масса углерода не может быть больше 12 (иначе пришлось бы предположить, что в состав сероуглерода, диоксида и монооксида углерода входит часть атома углерода). Считать атомную массу углерода меньше 12 нет оснований, так как соединения, содержащие менее 12 а.е.м. углерода, неизвестны.
Метод Дюлонга и Пти
Французские ученые П. Дюлонг и А. Пти установили закон, согласно которому атомная теплоемкость простого вещества в твердом состоянии (т. е. произведение его удельной теплоемкости на молярную массу атомов) есть величина постоянная и равная в среднем 26 Дж/ (К(моль).
Из закона Дюлонга и Пти следует, что, разделив 26 на удельную теплоемкость простого вещества, легко определяемую экспериментально, можно найти приблизительное значение атомной массы данного элемента.
Чтобы перейти от приблизительного значения атомной массы к точному ее значению, предварительно определяют опытном путем эквивалентную массу данного элемента. Разделив приблизительное значение атомной массы на его эквивалентную массу, находят валентность элемента, часто несколько отличающуюся от целого числа.
Так как валентность выражается только целыми числами, найденное значение округляют. Умножив эквивалентную массу на валентность, получают точное значение мольной массы атомов.
Измерение теплоёмкости калориметрическим методом
Для определения удельной теплоемкости капсулу с образцом и вставленной термопарой, присоединенной к измерителю термоэ.д.с., подвешивают на нейлоновой нити в центре электронагревателя. Электронагреватель включают на нагрев, установив напряжение, при котором поддерживается выбранная для опыта температура. Температуру электронагревателя устанавливают в зависимости от вида исследуемого материала. Она не должна вызывать деструктивных изменений в испытываемом образце. Для обеспечения необходимой точности измерений калориметр должен нагреться не менее чем на 1°С, поэтому при минимальной массе образца (5 г) температура нагрева капсулы с образцом должна быть не менее чем на 50°С выше температуры калориметра. Капсулу с образцом нагревают до выбранной постоянной температуры. Температуру холодных спаев термопары в термосе определяют после прогрева капсулы термометром Бекмана с точностью до 0,01°С. После определения температуры термоса термометр Бекмана высушивают марлевым тампоном и опускают в калориметр. Через 15 мин включают магнитную мешалку и начинают регистрацию температуры калориметра с точностью до 0,01°С через каждые 5 мин. Время фиксируют по секундомеру. Горячую капсулу с образцом опускают в калориметр через 15 мин после включения магнитной мешалки, не снимая верхней крышки электронагревателя. Калориметр закрывают крышкой. Термопара остается внутри электронагревателя. Оси электронагревателя и калориметра совмещают только в момент сброса, остальное время электронагреватель должен быть отведен в сторону для предотвращения теплового взаимодействия электронагревателя с калориметром. Температуру калориметра с капсулой в нем измеряют с интервалом в 1 мин в течение 20 мин. При определении водяного эквивалента калориметра температуру измеряют в течение 10 мин. После проведения измерений температуры капсулу с образцом высушивают марлевым тампоном и взвешивают. Если масса капсулы с образцом увеличилась более чем на 0,005 г, произведенный опыт считают недействительным.
По результатам измерений строят график зависимости температуры калориметра от времени в масштабе: 1°С соответствует 100 мм по оси ординат, 1 мин соответствует 5 мм по оси абсцисс
Удельную теплоемкость С с точностью до 0,01 ккал/(кг×°С) или с точностью до 10 Дж/(кг×К) вычисляют по формуле
где tв — температура нагретой капсулы с образцом, °С; Мк — масса капсулы, г; Ск — удельная теплоемкость материала капсулы, ккал/(кг×°С) или Дж/(кг×К);М0 — масса образца, г.
Удельная теплоемкость образца материала в интервале температур (tв — tр) вычисляют как среднее арифметическое результатов трех определений, произведенных на данном образце. Удельную теплоемкость материала в интервале температур (tв — tр) определяют по трем образцам. Относительная погрешность определения удельной теплоемкости по данной методике не превышает 5 %.
Иногда для измерений изменения температуры в очень малом интервале требуются особые термометры.
Термометры Бекмана отличаются от обычных термометров тем, что имеют не один, а два ртутных резервуара: нижний, погружаемый в исследуемую жидкость, и верхний - запасной. Резервуары соединяются друг с другом тонким капилляром. Наличие двух резервуаров позволяет изменять количество ртути в нижнем резервуаре и использовать термометр Бекмана для исследований в широком диапазоне температур. Термометры Бекмана служат для измерения не истинных значений температуры, а изменения температуры.
|
Настройка термометра Бекмана. Поскольку количество ртути в нижнем резервуаре термометра непостоянно, его надо подобрать так, чтобы при температуре опыта уровень ртути в капилляре устанавливался в пределах шкалы термометра. Так как в ходе опыта температура должна понижаться, термометр надо устанавливать так, чтобы уровень ртути в капилляре соответствовал верхней части шкалы термометра.
Настройку начинают с приготовления охладительной среды для термометра. Для этого 500 мл водопроводной воды охлаждают льдом или снегом в стакане до температуры на 2-3 градуса выше Tзам растворителя. Например, если растворителем служит ледяная уксусная кислота, температура замерзания которой 16,6° С, температуру поддерживают около 18° С. Температура воды в стакане контролируется при помощи обычного термометра.
Нагревая ртуть нижнего резервуара рукой или теплой водой так, чтобы она заполнила весь капилляр доверху, быстро переворачивают термометр верхним резервуаром вниз, добиваясь того, чтобы ртуть нижнего и верхнего резервуаров соединилась.
После этого осторожно, чтобы не разорвать ртуть, термометр переворачивают в обычное вертикальное положение и погружают нижний резервуар в подготовленную охлажденную воду, где он должен медленно охлаждаться около 5 минут (поддерживать температуру охладительной среды, добавляя в воду лед!). По истечении 5 минут ртуть обрывают - для этого термометр Бекмана берут правой рукой за верхнюю часть, резко, но не сильно ударяют ею по большому пальцу левой руки. Ртуть разрывается в месте соединения капилляра с верхним резервуаром. После настройки термометр нельзя класть горизонтально, встряхивать. Его надо укрепить в вертикальном положении.
Список использованных источников:
- Фролов В. И. Практикум по общей и неорганической химии. – М., 2002. – С. 48-55
- https://him.1september.ru/articlef.php?ID=200601203
- https://www.distedu.ru/edu5/lab_4_2