Лабораторная работа №6 определение молекулярной массы растворенного вещества методом криоскопии. (Глинка н.Л.,2000, 7.1-7.2, Коровин н.В.,2000, §8.1 )

Цель работы: определить методом криоскопии молекулярную массу растворенного вещества.

Теоретические сведения

Криоскопическим называется метод определения молекулярной массы по понижению точки замерзания растворителя. Для исследования этого метода необходимо вспомнить закон Рауля применительно к разбавленным растворам. Мы знаем, что давление насыщенного пара каждой жидкости есть величина постоянная для данной температуры. При растворении в жидкости какого-либо нелетучего вещества давление пара жидкости понижается. Таким образом, давление пара раствора всегда ниже давления пара чистого растворителя при той же температуре. Разность между числовыми значениями давления пара чистого растворителя и давления пара раствора называется обычно понижением давления пара растворителя над раствором. Это можно выразить формулой

В 1887 году французский физик Рауль на основании многочисленных опытов с растворами различных твёрдых веществ и нелетучих жидкостей установил следующий закон: относительное понижение давления насыщенного пара над раствором по сравнению с чистым растворителем прямо пропорционально мольной доле растворённого вещества.

Зависимость между понижением давления пара и количеством растворённого вещества может быть выражена в математической форме. Обозначим давление чистого растворителя через p^о, понижение давления пара через , число молей растворённого вещества через n₁ и число молей растворителя через n₂. Тогда закон Рауля для разбавленных растворов выразится уравнением

Измерением понижение давления пара раствора можно пользоваться для определения молекулярной массы растворённых веществ. Однако на практике обычно применяется другой, более удобный метод, основанный на измерении понижения температуры замерзания или повышения температуры кипения раствора.

Все чистые вещества характеризуются строго определённой температурой замерзания. Так, чистая вода при нормальном атмосферном давлении замерзает при 0ºС, бензол при +5,5ºС. Эти температуры сохраняются неизменными до тех пор, пока вся жидкость не замёрзнет или не превратится в пар.

Иначе обстоит дело с растворами. Присутствие растворённого вещества понижает точку (или температуру) замерзания растворителя (повышает температуру кипения), и тем сильнее, чем концентрированнее раствор. Поэтому растворы замерзают при более низких температурах, чем чистые растворители, а кипят – при более высоких температурах.

,

Изучая замерзание и кипение растворов, Рауль установил, что для разбавленных растворов неэлектролитов повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания пропорциональны моляльной концентрации раствора

,

,

где С_m – моляльная концентрация; E и K – эбулиоскопическая и криоскопическая постоянные [(˚С·кг)/моль], зависящие только от природы растворителя и не зависящие от природы растворенного вещества.

Эбулиоскопическая постоянная показывает на сколько повысится температура кипения раствора, если в 1 кг растворителя растворить 1 моль вещества. Криоскопическая постоянная показывает на сколько понизится температура замерзания раствора, если в 1 кг растворителя растворить 1 моль вещества.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исходный раствор "А": 20%, =0.97 г/см³

Заданные растворы: С₁ = 5%, C₂ = 6%, C₃ = 7%

	Рис.4. Схема установки (криостата):
	1 - Стакан
	2 - Пробка
	3 - Пробирка
	4 - Термометр
	5 - Холодильная смесь
	6 - Заданный раствор

Ход работы:

1. Приготовить 10 г заданного раствора.

Для этого, рассчитайте объем 20%-го раствора "A" и объем дистиллированной воды, необходимые для приготовления заданного раствора.

2. Заполнить приготовленным раствором пробирку так, чтобы шарик термометра был полностью погружен в раствор (смотри рис.4)

3. Заполнить стакан (криостат) холодильной смесью (на 100 г снега или льда - 29 г NH₄Cl + 16 г KNO₃).

4. Перемешивая раствор термометром*, произвести измерение температуры замерзания, для чего:

• Произвести замеры при понижении температуры до момента появления первых кристаллов льда в пробирке.

• Занести в таблицу величину температуры кристаллизации.

• Продолжить замеры температуры при уменьшении ее ниже точки кристаллизации. Снимать показания с термометра через каждые 30 секунд.

Результаты занести в таблицу.

τ,мин	0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0	5,5	6,0	6,5
t,^oC	0

5. Если опыт не получился, то вынуть пробирку из криостата, нагреть ее до растворения кристаллов и сделать повторное измерение температуры замерзания согласно п.5.

6. Зарисовать график зависимости t(^oC)-τ(мин). Подобрать масштаб таким образом, чтобы график получился красивым.

7. Произвести расчет:

,	где Сm - моляльная концентрация раствора, моль/кг
,	где К - криоскопическая константа (справочная величина), К=1.86
	где mр.в-ва= (^. mр-ра)/100 % mр-ля = mр-ра - mр.в-ва

8. Сделать вывод.

*) Перемешивание необходимо для того, чтобы не попасть в область метастабильного состояния (см. Рис.7 точка А).