Как выбрать жидкость для калориметрических измерений?

[/\/\/]

Уважаемые коллеги, во-первых, поздравляю всех с прошедшим Новым Годом .

А, во-вторых, предлагаю помочь мне решить следующий вопрос:

Задача: постановка лабораторной работы по физической химии "Определение средней теплоёмкости жидкостей".

Делается это таким образом: берём открытый адиабатический калориметр (обычный сосуд Дьюара), помещаем туда заранее взвешенную дистиллированную воду, опускаем в неё нагреватель, нагреваем заданное время, (Q = U * I * t), измеряем изменение температуры вычисляем константу калориметра (Q = dT * (k + m(H2O)*c(H2O)).

Далее, помещаем в калориметр исследуемую жидкость, теплоёмкость которой измеряем, проделываем аналогичные операции, нагреваем, измеряем температуру, оцениваем её среднюю теплоёмкость, сравниваем с табличной.

Всё просто, как пирожок с капустой и соответствует курсу физики восьмого класса средней школы .
Видимо, именно поэтому (раз уж всё настолько просто) ни в одном руководстве к выполнению лабораторных работ никто никогда не пишет, КАКУЮ жидкость можно использовать для измерения теплоёмкостей. Везде ограничиваются эпитетом "исследуемая жидкость".

Разумеется, она должна быть химически неактивной, чтобы не разрушить мешалку, стенки сосуда Дьюара, термометр и руки студентов . Она не должна быть летучей и дурнопахнущей, поэтому всякие там ацетон, этанол и толуол не подойдут. Она должна выдерживать множество нагреваний / охлаждений без каких-либо фазовых переходов, полимеризаций и других побочных процессов (это нужно для многократного использования - не выливать же её после опыта!). Ну и её собственная теплоёмкость должна значительно отличаться от теплоёмкости воды (поэтому растворы солей, даже насыщенные, не подойдут).

Посоветуйте что-либо, что можно было бы использовать. Лично у меня, кроме как глицерин, других идей не возникает .

[Corepunk]

есть еще целый ряд минеральных масел. Ну или, например, силиконовое масло, которое используют в масляной бане.

[amik]

C нерастворимой в воде органикой неизбежно возникнет проблема помывки применяемой в работе аппаратуры и посуды.
Чистый глицерин довольно вязок, а его гигроскопичность приведет со временем к существенному изменению теплоемкости. Из той же серии этиленгликоль.
Почему не годятся крепкие растворы безвредных солей типа ацетата натрия? Их теплоемкость на 30-40% меньше, чем у воды, что должно легко зафиксироваться даже студентами

[antabu]

Может, галлий металлический выше температуры плавления? Или он окисляется?

[Sovetnik]

Перфтордекалин (ПФД) - одна из самых безопасных органических жидкостей, используется как компонент кровезаменителей.

[Corepunk]

Может, галлий металлический выше температуры плавления? Или он окисляется?

галлий, действительно, окисляется - на поверхности постоянно есть оксидная пленка. Если его использовать несколько раз, он все испачкает черными пятнами (похоже, смесь оксида с металлом). Можно посмотреть, налив его в стеклянную посуду - после него всегда остаются следы.

[Albo]

amik, я вот к примеру не люблю для постановки лабораторных работ именно крепкие растворы (кроме совсем уж дешевых реагентов), ибо для их приготовления требуются не бесплатные реактивы, а растворов оных нужно как правило не 1 и не 2 литра.
antabu, предлагать для лабораторного практикума общеобразовательной кафедры в качестве расходного материала реактив стоимостью порядка 500 вечнозеленых рублей за кг - это сурово
/\/\/, вроде как методически не совсем грамотно, но нельзя ли использовать два идентичных калориметра, один - содержащий дист. воду, а второй - с исследуемой жидкостью, чтобы избежать необходимости отмывки сосуда?

[antabu]

antabu, предлагать для лабораторного практикума общеобразовательной кафедры в качестве расходного материала реактив стоимостью порядка 500 вечнозеленых рублей за кг - это сурово

Предполагал, что не расходный http://chemistry-chemists.com/forum/vie ... f=1#p38642

[/\/\/]

Albo, к сожалению, не прокатит.
Связь энтальпии процесса с измеряемым изменением температуры определяется формулой
dH = - dT * (k + c_s*m_s), где m_s и c_s - масса и средняя удельная теплоёмкость раствора в калориметре, k - сумма произведений масс и средних теплоёмкостей всех частей калориметрической системы, т. н., константа калориметра.
Эта величина уникальная для каждого конкретного прибора, и даже у двух "идентичных" калориметров она может существенно различаться . Именно поэтому перед каждым опытом встаёт необходимость её экспериментального определения по процессу с заранее известным тепловым эффектом. Так что просто необходимо использовать один и тот же прибор.

amik, 30-40% говорите? Не знал. Обычно во всех справочниках пишут, что теплоёмкости растворов солей, даже насыщенных, ну очень несущественно отличаются от теплоёмкости растворителя.

Ну, таллий - это, конечно, очень фантастический вариант . Для нашего совсем уж экономящего на спичках факультета, в котором самый молодой прибор в два раза старше меня - это роскошь.
Ладно, постараюсь дать заявку на склад и посмотреть, что из вышеперечисленного может там найтись .

[Maryna]

Галлий, а не таллий!
Если уж Вы используете для калибровки дистиллированную воду в открытом сосуде, то вряд ли гигроскопичность глицерина даст существенную погрешность. Проблема в том, что у воды в сравнении с другими жидкостями очень большая объемная (и массовая) теплоемкость, так что подобрать что-то с большей крайне сложно.
А у жидкой при комнате органики удельная теплоемкость, думаю, примерно одного порядка - где-то около 2 кДж/кг. Так что ищите, что доступно.
Еще вариант для Вас - эвтектики. Многие вещества в смеси могут дать жидкость при комнате, даже если чистые - кристаллические.

[amik]

Обычно во всех справочниках пишут, что теплоёмкости растворов солей, даже насыщенных, ну очень несущественно отличаются от теплоёмкости растворителя.

Странно, в доступных мне пишут совсем другое В свое время в курсе ПАХТ(процессов и аппаратов) при решении дач для простоты считали, что теплоемкость раствора равна теплоемкости чистой воды умноженной на массовую долю воды в растворе.
В качестве примера для дешевых доступных солей при 20^оС:
24% р-р NaCl (близкий к насыщению) C~3300 Дж/кг*К (79% от чистой воды)
30% р-р СаCl2 C~2770 Дж/кг*К (66% от чистой воды)

Данные взяты из книги Зайцев, Асеев "Физико-химические свойства бинарных и многокомпонентных растворов неорганических веществ". Есть в сети.
Кстати, в продолжении лабораторной работы можно дать задание студентам определить неизвестную концентрацию раствора известной соли

[/\/\/]

Maryna
Ну я и не пытался найти что-то с большей, чем у воды теплоёмкостью. Заранее знаю, что это почти невозможно .
Что касается эвтектических смесей... К сожалению, всё то, что даёт смеси с низкой точкой эвтектики, относится к ароматике (фенол, анилин, нафталин, нафтол, антрацен и т. п.). А ко всей этой гадости не очень применимо определение "не имеющая запаха" . Как вариант - камфара - тоже даёт смеси с низкой точкой эвтектики, но тоже не без запаха. Не хотелось бы, при наших вытяжках, выведенных прямо в окно, а не на крышу, при нагревании всей этой байды хотя бы до 40 - 50 градусов, кого-нибудь отравить .

amik
Видимо, не те справочники я читал . Ну правильно, ограничивался в основоном общеобразовательной литературой, как раз имеющей отношение к физической химии и постановке лабораторных работ. А замыленные штампы имеют привычку кочевать из одного издания в другое, поэтому и засело в мозгу определение "теплоёмкость раствора = теплоёмкость растворителя".
Таких специализированных курсов по химтеху не было, поэтому и более специальную литературу не читал. Спасибо, я это учту обязательно.

[Maryna]

Увы, все, что не летит, имеет высокую температуру плавления. Почти все.(Помню, почти случайно получила эвтектику капролактама (Тпл 70 С) и циклогексаноноксима (Тпл 90 С), которая при комнатной температуре была жидкой.)
А камфора Вам не подходит уже потому, что будет сублимироваться со свистом с закономерным изменением состава расплава.

[alien308]

Диоктил- или диметилфталат. Вязкость меньше чем у глицерина, негигроскопичен, не летит, не воняет (тут мнения разделяются, я выраженного запаха не ощущаю). Моется водой лучше чем масло. Применяется как пластификатор для пластиков. Стоит если покупать канистрой умеренно. Насколько знаю малотоксичен (проверить).

[antabu]

Диметилфталат пахнет средством от комаров, собственно им и является (подпортил мне пластик мобильника). Пластификатором служит дибутилфталат.