61.08 Фізична хімія

Прилади, лабораторний посуд та реактиви

Терези технічні, хімічні склянки, органічні кислоти, активне вугілля, піпетки, 0,1 Н розчин NaOH, фенолфталеїн, лійки, фільтрувальний папір.

Порядок виконання роботи

1. Для виконання роботи готується розчин будь-якої органічної кислоти п яти різних концентрацій послідовним розведенням вдвічі. Початкові концентрації для кислот: оцтової – 0,2 – 0,4 Н, масляної – 0,25 Н, валеріанової – 0,3 Н, лимонної – 0,25 Н, щавлевої – 0,1 Н.

Беруть п ять сухих колб. У першу наливають 50 мл вихідного розчину кислоти, в інші по 50 мл дистильованої води. Після цього в другу колбу вносять ще 50 мл вихідного розчину кислоти, вміст добре струшують, відбирають 50 мл розчину і вносять у наступну колбу з водою і т.д. З останньої колби 50 мл розчину виливають у раковину.

2.В окремій колбі титруванням лугом визначають нормальність найконцентрованішого вихідного розчину. Для цього піпеткою беруть три проби кислоти по 10 мл і титрують 0,1 Н розчином NaOH у присутності фенолфталеїну. Для розрахунків беруть середнє значення, отримане при титруванні.

3.На технічних терезах зважують п ять рівних частин активного вугілля по 1…2 г і вносять у п’ять колб, що містять по 50 мл розчинів органічної кислоти різних концентрацій.

4.Вміст колб перемішують протягом 10-15 хв, потім відфільтровують, відкидаючи перші порції фільтрату.

5.Рівноважні концентрації після адсорбції перевіряють титруванням у всіх колбах, відбираючи для цього з кожної колби по 10 мл розчину.

Опрацювання результатів

1. Результати титрування вихідного розчину кислоти розраховують за

рівнянням
Vk Ck Vл Сл ,	(8.4)

де Vk – об’єм кислоти, взятої для титрування (10 мл); Ск – концентрація кислоти; Vл – об’єм лугу, використаного на титрування (середнє з трьох вимірювань); Сл – концентрація лугу (0,1 н).

2.Концентрації робочих розчинів кислоти визначають за даними п’яти розведень.

3.Величину адсорбції Г розраховують за рівнянням

Г	( C C ) V 10	3	,	(8.5)
	0

m

де С0 і С – початкова та рівноважна концентрації кислоти; V – об’єм розчину, мл; m – наважка адсорбенту, г. Одержані дані заносять до таблиці 8.1.

71

Таблиця 8.1

Результати розрахунку адсорбції на межі поділу тверде тіло – рідина

Номери	Концентрація розчину,			Адсорбція	Відношення
колб		моль/л		Г, моль/г	Со/Г, г/л
	вихідного С0		рівноважного Ср
1	2		3	4	5

4.Будують експериментальну ізотерму адсорбції Ленгмюра в координатах Г=f(Ср).

5.Будують пряму в координатах CΓ0 f(C0 ) (див. лабораторну роботу

№7, рис. 7.3). Граничну адсорбцію Г . знаходять як котангенс кута нахилу отриманої прямої до вісі ординат.

6. Обчислюють питому адсорбційно-активну площу поверхні адсорбенту S [м2/г] за таким рівнянням .

S0 Γ N A q ,

(8.6)

де Г – гранична адсорбція; NA – число Авогадро, NA=6,02 1023; q – ―посадкова площа‖ однієї молекули, для кислот жирного ряду q=20 10-20 м2.

7. Одержані результати питомої поверхні адсорбенту порівнюють з паспортними даними для цих адсорбентів.

Питання для самоперевірки

1.Основні положення явища адсорбції, поняття: адсорбція, адсорбент,

адсорбат.

2.Характеристика фізичної та хімічної адсорбції.

3.Адсорбція на межі поділу тверде тіло – газ: рівняння ізотерми адсорбції Ленгмюра та його графічне розв’язання, розрахунок ємності моношару та питомої поверхні адсорбенту.

4.Молекулярна адсорбція з розчинів на поверхні твердого тіла. Як розрахувати кількість речовини, адсорбованої одиницею поверхні адсорбенту?

5.Сформулюйте правило вирівнювання полярностей Ребіндера. Покажіть схематично орієнтацію молекул ПАР на межі поділу вода – вугілля та бензол – силікагель.

6.Сформулюйте правило ДюклоТраубе.

7.Навести приклади гідрофільних та гідрофобних адсорбентів.

72

Лабораторна робота № 9

ВИЗНАЧЕННЯ МОЛЯРНОЇ РЕФРАКЦІЇ РЕЧОВИНИ У ТВЕРДОМУ СТАНІ

Мета роботи – навчитися визначати молекулярну рефракцію речовин у твердому стані.

Теоретичні відомості

Молекула являє собою сукупність позитивно заряджених ядер і негативно заряджених електронів. Будову молекули можна охарактеризувати, знаючи електричні і оптичні властивості – дипольний момент μ і поляризуємість α. Якщо електричні центри тяжіння позитивних і негативних зарядів не співпадають, молекула має постійний дипольний момент:

μ0 = el,

(9.1)

де l – відстань між центрами тяжіння електричних зарядів. Така молекула називається полярною. Мірою полярності служить значення дипольного момента; його виражають в де баях (D = 3,3 · 10-6 Кл·м).

Молекули, у яких центри тяжіння різнойменних електричних зарядів співпадають, називаються неполярними. Такі молекули не мають постійного дипольного момента.

Якщо неполярну молекулу помістити в електричне (електромагнітне) поле, заряди зміщуються: електрони сильно в бік позитивного полюса поля, ядра атомів, як більш важкі, незначно в протилежному напрямку; відбувається деформаційна поляризація. Оскільки центри тяжіння позитивних і негативних зарядів в молекулі вже не співпадають, виникає індукований дипольний момент, пропорційний напруженості поля Е:

μінд = αgЕ

(9.2)

Коефіцієнт пропорційності αg називають деформаційною поляризуємістю, яка складається із електронної αел і атомної αат поляризує мості молекули.

αg = αел + αат

(9.3)

Електронна поляризуємість залежить від зміщення електронів, атомна – від зміщення атомних ядер і атомних груп. Зміщення атомних ядер невелике, і αат складає 5-10% від αg. Полярні молекули в електричному полі також відчувають деформаційну поляризацію. Крім того, під впливом поля вони орієнтуються, що характеризується орієнтаційною поляризумістю αор:

73

αор = ,

(9.4)

де К – стала Больцмана.

Орієнтаційна поляризуємість на порядок вище αg і зменшується з підвищенням температури Т.

Повна поляризуємість α є сумою трьох величин:

α = αел + αат + αф

(9.5)

Молярна поляризація Поляризація – зворотне зміщення зарядів в електричному полі. При поляризації

молекули речовини в ній виникає стан напруги, який характеризується діелектричною проникливістю. Вона зв’язана з молярною поляризацією Р рівнянням

Р =

· = πNAα,

(9.6)

Де М – молярна маса; ρ – густина речовини, г/см3; NA – стала Авогадро. Молярна поляризація Р є сумою деформаційної і орієнтаційної

поляризацій. Рівняння Дебая:

Р = РА + Рор =

· = πNAα +

(9.7)

Формула Лоренца

Pe = RM =

· = πNAα.

(9.8)

Рефракція – це внутрішньоатомна властивість, характерна для кожної речовини, обумовлена міцністю зв’язку електронної хмари з атомом. Рефракція не залежить ні від агрегатного стану речовини, ні від концентрації розчину.

Молярна рефракція для органічних молекул складається із атомної рефракції Ra, рефракції зв’язків Rзв, рефракції циклів Rц.

Rm = ΣnRa + ΣnRзв + ΣnRц.

(9.9)

Рефракція, віднесена до 1г речовини, називається питомою рефракцією, см3/г:

r =

.

(9.10)

74

Використання питомої рефракції особливо потрібне при роботі з розчинами.

Завдання на виконання роботи

1.Приготувати водні розчиниіз заданими масовими частками.

2.Виміряти рефракцію розчинів органічних та неорганічних сполук.

Прилади, лабораторний посуд та реактиви

Для роботи можна використати неорганічні солі і органічні речовини, розчинні у воді, такі як сахароза, глюкоза, сечовина та ін.; технічні терези, пікнометр, рефрактометр.

Порядок виконання роботи

1.Розчини речовини з заданими масовими частками готують в невеликих хімічних склянках (маса розчинів 50 г). Наважки розчинника і розчиненої речовини беруть на технічних терезах.

2.Густину розчину визначають пікнометричним методом . Для цього попередньо висушений пікнометр необхідно зважити на аналітичних терезах і наповнити водою до мітки та зважити знову.

3.Після цього ополоснути пікнометр досліджуваним розчином, заповнити до мітки і зважити.

Маса пікнометра…………………………... А

пікнометра з дистильованою водою В пікнометра з розчином…………….. С

4.Об’єм пікнометра розраховується за формулою:

V = ,

(9.11)

де - густина води за температури досліду.

5. Густина розчину розраховується за формулою:

ρр-ну =

(9.12)

6. Показник заломлення визначають за допомогою рефрактометра. Перед вимірюванням обов’язково перевіряють правильність настройки рефрактометра. Призми рефрактометра перед вимірюванням і після нього необхідно промити дистильованою водою і обережно висушити поверхню фільтрувальним папером. Краплі розчину і води наносять скляною паличкою. Виходячи з властивостей адитивності питома рефракція рочину дорівнює сумі питомої рефракції солі rc і води rh20 відповідно до їх молярних часток, тобто

75

	100rр-ну = Wrc + (100-W)rH2O				(9.13)
rр-ну =	·	; rH2O =	·	,	(9.14)

де W – масова частка речовини в розчині, %.

7. Щоб обчислити значення питомої рефракції розчиненої речовини за рівнянням (9.13), вирішують його відносно питомої рефракції речовини

rc =

.

(9.15)

8. Для знаходження молярної рефракції питому рефракцію солі множать на її молярну масу

R = rcM.

(9.16)

Питання для самоперевірки

1.Які молекули називаються полярними? Наведіть приклад полярних і неполярних молекул.

2.Що таке поляризація? Сутність деформаційної і орієнтаційної поляризації.

3.Що таке поляризуємість? Співставте три поняття: полярність, поляризація, поляризуємість.

4.Зв'язок між молярною поляризацією і діелектричною проникливістю.

5.Як залежить поляризація від температури?

6.Що таке питома і молярна рефракції і які їх основні властивості?

7.Природа міжмолекулярних сил.

8.Наведіть приклади дисперсійної взаємодії і дайте пояснення.

76

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

1.Манк В.В, Мірошников О.М., Подобій О.В., Стеценко Н.О Колоїна хімія: Практикум. –К.:НУХТ, 2008 – 170 с.

2.Воловик Л.С., Ковалевська Є.І., Манк В.В, Мірошников О.М., Федоренко Г.А. Фізична хімія: Підручник – К.: фірма «Інкос» 2007. -191 с.

3.Чумак В.Л., Іванов С.В. Фізична хімія: Підручник – К.: Книжкове вид-во НАУ, 2007. – 648 с.

4.Воловик Л.С., Ковалевська Є.І., Манк В.В. та ін. Колоїдна хімія: Підручник. – К.: НУХТ, 2011. – 247 с.

77

ЗМІСТ
Вступ…………………………………………………………….............................3
Лабораторна робота № 1. ВИЗНАЧЕННЯ ІНТЕГРАЛЬНОЇ ТЕПЛОТИ
РОЗЧИНЕННЯ СОЛІ..............................................................................................	5
Лабораторна робота № 2. АНАЛІЗ ДІАГРАМ СТАНУ ОБМЕЖЕНО
РОЗЧИННИХ РІДИН………………………………………… ………………….17
Лабораторна робота № 3. КРІОМЕТРИЧНЕ ВИЗНАЧЕННЯ МОЛЯРНОЇ
МАСИ РЕЧОВИНИ……………………... ...........................................................23
Лабораторна робота № 4. ЕЛЕКТРОПРОВІДНІСТЬ РОЗЧИНІВ
ЕЛЕКТРОЛІТІВ……………………………………………………………….......31
Лабораторна робота №5. ЕЛЕКТРОРУШІЙНІ СИЛИ………………………....	39
Лабораторна робота №6. ХІМІЧНА КІНЕТИКА…………………………….....	47
Лабораторна робота №7. ВИЗНАЧЕННЯ ПОВЕРХЕВОГО НАТЯГУ
РОЗЧИНІВ ТА РОЗРАХУНОК АДСОРБЦІЇ НА МЕЖІ ПОДІЛУ РОЗЧИН-
ПОВІТРЯ………………………………………………………………………......59
Лабораторна робота №8. АДСОРБЦІЯ НА МЕЖІ ПОДІЛУ ТВЕРДЕ ТІЛО-
РІДИНА. ОБЧИСЛЕННЯ ПИТОМОЇ ПОВЕРХНІ АДСОРБЕНТУ……………68
Лабораторна робота №9. ВИЗНАЧЕННЯ МОЛЯРНОЇ РЕФРАКЦІЇ РЕЧОВИНИ
У ТВЕРДОМУ СТАНІ……………………………………………………………..73
РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА……………………………………………...78

78

ФІЗИЧНА ХІМІЯ

ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ

для студентів напряму 6.051301 "Хімічна технолгія" денної форми навчання

Укладачі: О.М. Мірошников, канд. хім. наук

О.В. Грабовська, д-р тех. наук

О.В. Подобій, канд. тех. наук

79