Определение температуры замерзания разбавленных растворов

Определение температуры замерзания разбавленных растворов.»

Цель работы: Криоскопическим методом определить изменение температуры замерзания разбавленого раствора.

Ход работы: Растворы - это гомогенные системы переменного состава, состоящие из двух или более компонентов.Количественный состав раствора (или его концентрацию) выражают различными способами. В физической химии особенно важны концентрации, не зависящие от изменения температуры - молярная доля (c ) и моляльность (с_m).

Молярная доля - c _i - отношение количества i-го вещества n _i к сумме количеств веществ всех составляющих раствора:

, - отношение массы (m_i) к молярной массе (М_i) i-го вещества, c _i - безразмерная величина.

Моляльность - с_mi - количество растворенного вещества в 1 кг растворителя: .

Идеальным называется раствор, в котором силы взаимодействия между частицами растворенного вещества равны силам взаимодействия между растворенным веществом и растворителем.

Идеальные растворы подчиняются первому тоноскопическому закону Рауля (1883): понижение парциального давления насыщенного пара каждого из компонентов идеального раствора пропорционально молярной доле этого компонента:

,где D р_i - понижение давления пара над раствором; р₀ - давление пара чистого растворителя, n _i - количество i-го растворенного вещества.Графическое соотношение между значениями температуры и давлением пара чистой воды представлено жирной линией (рис. 7).

Фазовая диаграмма состояния: ОА - граница т и ж состояния; ОВ - граница ж и г состояния; ОС - граница т и г состояния; х - точка замерзания чистого растворителя; х' - точка замерзания раствора; у - точка кипения чистого растворителя; у' - точка кипения раствораВ состоянии замерзания устанавливается равновесие жидкость твердое состояние: давление насыщенного пара над жидкой фазой становится равным давлению насыщенного пара над твердой фазой.

В растворе часть поверхности занята молекулами растворенного вещества, то есть число молекул растворителя, испаряющихся в единицу времени с площади поверхности раствора, соответственно уменьшается.

Равновесие жидкость пар устанавливается в этом случае при более низком давлении пара р_i, чем в случае чистого растворителя р₀ пунктирная линия).

Ф.М. Рауль пришел к выводу в виде первого закона: растворение 1 моль какого бы-то ни было молекулярного вещества в 1000 г растворителя вызывает одно и то же понижение температуры замерзания.Второй криоскопический закон Рауля: для разбавленных растворов понижение температуры замерзания Т_зам прямо пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества, т.е.

D Т_зам = К_т ^. с_m, где с_m - моляльная концентрация вещества, К_т - криоскопическая постоянная растворителя - моляльное понижение точки замерзания раствора (вызываемое 1 моль растворенного вещества в 1000 г растворителя). Криоскопические константы можно рассчитать по уравнению,

где R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль ^. К);
D Н_пл - молярная теплота плавления чистого растворителя в кДж/моль;
Т_зам - температура замерзания по шкале Кельвина; М - молярная масса растворителя.

По понижению температуры замерзания (Т_зам) можно рассчитать молярную массу растворенного вещества (М_i):

откуда ,где m_i - масса растворенного вещества, г; m_р-ля - масса растворителя, г.

Выполнения работы

Для определения температуры замерзания растворителя и раствора используют криоскоп марки ОХ - 9, который состоит из широкой пробирки 2 и с боковым отверткием 6, вставленной в широкую пробирку - кожух 8. В пробирку 2 с пробиркой 3 вставлены термометр Бекмана 4 и машалка 5. Пробирка с кожухом вставленная в сосуд 9 с мешалкой 7 и контрольным термометром 1. Сосуд 9 наполняется охладительной смесью.

Отмеряют пипеткой 20 мл. бензола, переносят в пробирку 2 и закрывают пробкой с термометром Бекмана и мешалкой. Укрепляют термометр так, чтобы он не казался ни стенок, ни дна пробирки. Шарик термомертра должен быть полностью погружен в растворитель. Пробирку вставляют в кожух и, неперерывно помешивая растворитель мешалкой, охлаждают до появления кристаллов. Если растворитель не был охлаждён, то с появлением кристаллов падение температуры прекращается, а отсчёт, сделанный по термометру, даёт «ориентировочную» температуру замерзания растворителя. Если же несмотря на перемешивание растворитель переохлаждается, то при появлении кристаллов температура быстро поднимается и подъём её прикращается при температуре замерзания. Определив «ориентировочную» температуру замерзания растворителя, пробирку вынимают и нагревают рукой до полного исчезновения кристаллов, затем снова вставляют её в кожух и в охладительную смесь и, не перемешивая, переохлаждают растворитель на 0,2 -0,4 ниже «ориентировочной» температуры замерзания, потом

энергичным перемешиванием вызывают кристаллизацию. За счёт теплоты кристаллизации температцра поднимается до точки замерзания и в течении продолжительного времени остаётся постоянной. Эта температура, отсчитанная с точностью до 0,005, и является искомой температурой замерзания растворителя. Отвешивают на аналитических весах 0,2 - 0,3 г. вещества, молекулярную массу которого надлежит определить. Навеску высыпают в сосуд с растворителем. Перемешивая, растворяют навеску, затем так же, как для чистого растворителя, определяют температуру замерзания раствора. Молярную массу определяют по формуле.

Опытные данные записывают в таблицу и проводим расчет