Лабораторная работа №9 - Криоскопия

КРИОСКОПИЯ

1. Введение

Опыт показывает, что температура кристаллизации (замерзания) растворов всегда ниже температуры кристаллизации (замерзания чистого растворителя, если при этом в виде твердой фазы выделяются кристаллы чистого растворителя, а не твердого раствора.

Понижение температуры замерзания связано с понижение давления насыщенного пара над раствором (рис. 1):

Кривая ОА характеризует равновесие чистого жидкого растворителя с его насыщенным паром и начинается в точке замерзания жидкости. Кривая ВО дает зависимость от температуры давления насыщенного пара над твердой фазой.

При замерзании жидкости имеет место сосуществование кристаллической и газовой фаз; при этом должны быть равны давления насыщенного пара над жидкой и кристаллической фазами, т. е. температура замерзания Т⁰₃ должна отвечать точке пересечения кривых ВО и ОА.

Зависимость давления от температуры выражается кривой ОА. Температура замерзания Т₃ раствора также отвечает условиям сосуществования жидкой, кристаллической и газовой фаз, т. е. точка пересечения кривых ВО и ОА.

Для разбавленных растворов неэлетролитов понижение температуры замерзания растворителя

∆Т₃ = Т⁰₂ + Т₃ (1)

пропорциональна моляльности раствора (числу молей растворенного вещества, приходящемуся на 1000г растворителя), т.е.:

∆Т₃ = К_К·m (2)

где m – моляльность раствора; К_К – криоскопическая постоянная.

Моляльность раствора неэлектролита можно рассчитать, если известен вес растворенного вещества g₂, вес растворителя g₁ и молекулярный вес растворенного вещества М₂ с помощью формулы:

П
рилагаемая ниже работа основана на экспериментальном измерении понижения температуры замерзания.

Достаточная точность измерений обеспечивается применением термометра Бекмана, шкала которого разделена на сотые доли градуса; тысячные дли отсчитываются на глаз с помощью лупы.

Работающий получает термометр Бекмана уже отрегулированный для работы в требуемом интервале температур.

Для определения температуры замерзания жидкости используют прибор, устроенный следующим образом. Стакан наполняют охладительной смесью, температуру которой поддерживаю постоянной (на 2-3⁰ ниже измеренной температуры замерзания. Чистый и сухой сосуд взвешивают на технических весах с точность до 0,1г, наливают в него растворитель (около 20мл) и снова взвешивают. Замет закрывают сосуд пробкой с термометром Бекмана, укрепленным на штативе, и мешалкой. Шарик термометра должен быть погружен в жидкость. После этого сосуд через отверстие в крышке стакана помещают в охлажденную смесь. Непрерывно помешивая растворитель, охлаждают его до появления кристаллов. Если жидкость не было переохлаждена, то падение температуры после появления кристаллов прекращается и отсчет, сделанный по термометру. Дает приблизительную температуру замерзания. Если же несмотря на перемешивание жидкость переохладилась, то при появлении кристаллов температура быстро поднимется и подъем ее прекратится при температуре замерзания. Определив приблизительную температура замерзания жидкости, сосуд вынимают и нагревают рукой до полного исчезновения кристаллов. Затем снова его помещают в охладительную смесь и , не перемешивая, переохлаждают жидкость на 1⁰ ниже его «приблизительной» температуры замерзания. После этого быстрым перемешиванием вызывают кристаллизацию. За счет теплоты кристаллизации температура поднимается до точки замерзания и в течении продолжительного времени остается постоянной. Эта температура отсчитывается с точностью до 0,005⁰, и является искомой температурой замерзания жидкости. Ее определение повторяют еще два раза и для вычислений берут среднее из трех значений.

Описанным методом измеряют температуры замерзания растворителя Т⁰₃ и раствора Т₃

и находят понижении температуры замерзания ∆Т₃ раствора.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОГО ВЕСА РАСТВОРЕННОГО ВЕЩЕСТВА ПО ПОНИЖЕНИЮ ТЕМПЕРАТУР ЗАМЕРЗАНИЯ

1. Введение

При подстановке m из (3) в (2) получаем:

(4)

откуда:

(5)

Таким образом, для определения молекулярного веса растворенного вещества нужно знать веса растворителя и растворенного вещества, криоскопическцю постоянную и понижение температуры замерзания, определяемые опытным путем.

1. Выполнение работы

Работающий собирает прибор, описанный выше. Сначала определяют температуру замерзания чистого растворителя (вода или бензол) так, как описано во введении к работе.

Определив ∆Т₃, отвешивают на аналитических весах около 0,3г растворяемого вещества, молекулярный вес которого подлежит определению. Навеску высыпают в сосуд с растворителем, подняв пробку с термометром. Перемешивая растворитель, растворяют навеску и затем так же, как и для чистого растворителя, определяют температуру замерзания раствора Т₃. Молекулярный вес растворенного вещества вычисляют из уравнения (5). Криоскопическая постоянная для бензола равна 5,12⁰, для воды – 1,86⁰.

Взяв вторую навеску растворяемого вещества и введя ее в раствор, уже содержащий первую навеску, определяют температуру замерзания второго, более концентрированного раствора Т_3. Вычисляют снова молекулярный вес и находят его среднее значение.

1. Результаты и вычисления работы

Таблица 1.

Таблица 2.

Т⁰₃ – температура замерзания растворителя;

Т₃ – температура замерзания раствора с 1-ой навеской;

∆Т₃ – изменение температуры замерзания раствора;

М1, М2 – молекулярный вес;

Т^’’₃ – температура замерзания раствора с 1-ой и 2-ой навесками;

ΔТ^’’₃ – изменение температуры замерзания раствора.