Тема: замерзання і кипіння розчинів неелектролітів

Пружність пари над чистим розчинником завжди більша, ніж над розчином.

Внаслідок цього, щоб пружність пари досягла зовнішнього (атмосферного) тиску, розчин треба нагрівати до більшої температури ніж чистий розчинник. Тому температура кипіння розчинів завжди більша, ніж температура кипіння чистого розчинника.

Також наслідком зменшення пружності пари над розчином є зменшення його температури замерзання порівняно з температурою замерзання чистого розчинника.

Треба звернути увагу, що вищезазначені зміни температур замерзання та кипіння розчинів не залежать від природи розчиненої речовини, а визначаються тільки кількістю частинок (молекул або частинок іншої природи) розчиненої речовини, що міститься в однаковій масі розчинника.

ІІ закон Рауля: Зниження температури замерзання та підвищення температури кипіння розчину пропорційні моляльній концентрації розчиненої речовини.

Математично залежність зміни температури замерзання та температури кипіння від концентрації розчину записується у вигляді рівнянь:

Δt_зам = К_кр · С_m (1)

Δt_кип = К_е · С_m (2) ,

Де Δt – пониження температури замерзання або підвищення температури кипіння розчинів;

К_кр та К_е – кріоскопічна^* та ебуліоскопічна^** константи відповідно;

С_m – моляльна концентрація розчину, що показує кількість розчиненої речовини у 1000 г розчинника; одиниця розміру [моль/кг].

Якщо маємо “m” грамів речовини, що розчинені в “L” грамах розчинника, то моляльна концентрація має вигляд:

C= (3)

Підставимо (3) у рівняння (1) і (2) маємо:

Δt_зам = (4);

Δt_кип = (5),

де М – молярна маса розчиненої речовини.

* від грецького слова “kzyos” – холод; ** - від латинського слова ebullio – википати.

Якщо у рівняннях (1) і (2) підставити С = 1 моль / кг, то

Δt_зам = К_кр (6)

Δt_кип = К_е (7) ,

тобто - кріоскопічна константа К_кр показує, на скільки градусів знижується температура замерзання одномоляльного розчину порівняно з температурою замерзання чистого розчинника; вона залежить тільки від природи розчинника: для води К_кр = 1,86: для бензолу К_кр = 5,1; для оцтової кислоти К_кр =3,9;

- ебуліоскопічна константа К_е показує на скільки градусів вище кипить одномоляльний розчин неелектроліту порівняно з чистим розчинником; вона залежить тільки від природи розчинника: для води К_е = 0,52 ; для бензолу К_е = 5,5; для оцтової кислоти К_е = 16,65.

З вищеозначеного можна зробити висновок, що зниження температури замерзання одномоляльних водних розчинів неелектролітів, які містять 6,02*10²³ молекул (1 моль, число Авогадро) вуглеводу сахарози, фруктози або глюкози дорівнює – 1,86⁰ , тому що кріоскопічна константа води дорівнює -1,86⁰.

Аналогічно водні одномоляльні розчини киплять при температурі 0,52⁰ вище, ніж чиста вода, тобто при температурі 100,52⁰ С (за умовою нормального атмосферного тиску, що дорівнює 760 мм рт.ст. або 101,325 кПа).

З рівнянь (4) і (5), визначивши Δt_зам або Δt_кип, можна підрахувати молярні маси розчинених неелектролітів. Відповідно до процесів розпізнають кріоскопічний або ебуліоскопічний метод визначення молярних мас речовин.

Кріоскопічний метод є особливо цінним для речовин, які не можна перетворити у стан пари (білки, цукор, глюкоза, фруктоза тощо). Молярна маса розчиненої речовини підраховується з формули:

М = (8)

Для визначення температури замерзання розчинів використовується прибор кріоскоп (ТИП ОХ-9). Прибор складається з батарейного стакану об’ємом 2 л закритого кришкою з органічного скла. В центрі кришка має великий отвір, в який вставляється гумова втулка. У втулку ставлять пряму пробірку великого діаметру, що відіграє роль повітряної сорочки для пробірки з відростком. Остання призначена для дослідженого розчину. Ця пробірка закрита пробкою з двома отворами: один – для метастатичного термометра, а другий для мішалки, що зроблена з нержавіючої сталі.

Для визначення температури охолоджуючої суміші у стакан крізь втулку у кришці опускають лабораторний термометр. Перед початком роботи треба підготовити метастатичний термометр на інтервал температур близьких до 0⁰ С.