Визначення температури замерзання розчину

При охолодженні розчину температура його знижується, він може охолодитись нижче температури замерзання – стати переохолодженим (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Термографічна крива охолодження розчину

В момент часу τ1 розчин мав температуру Т1. З часом розчин охолоджується за прямою c. У точці 2 розчин настільки переохолоджується, що починає замерзати і утворюються кристали розчинника (води). Виділення льоду підвищує температуру розчину за рахунок теплоти кристалізації і в точці d часу 3 розчин буде мати температуру замерзання розчину .

Різниця між величинами (температура замерзання розчинника) і (температура замерзання розчину) визначає величину Т.

Завдання на виконання роботи

1. За допомогою кріоскопа провести дослідження щодо замерзання розчинника при поступовому зниженні температури в часі.

2. Побудувати термографічну криву та визначити температуру замерзання розчинника.

3. Провести аналогічні експерименти з розчином певної концентрації.

4. Визначити зниження температури замерзання розчину в порівнянні з розчинником.

5. Визначити молярну масу розчиненої речовини.

Установки, прилади, лабораторний посуд, реактиви

Кріоскоп (мікрохолодильник), випрямлювач постійного струму, термометр Бекмана, пробірка, мішалка, вода, сіль.

Мікрохолодильник використовують для одержування низьких температур за допомогою термоелектричної батареї. Під час проходження постійного струму крізь контакт різнорідних провідників в залежності від напрямку струму виділяється або поглинається деяка кількість теплоти. В патрон мікрохолодильника вставляють пробірку з широким горлом, закривають її корком, в який вставлено термометр Бекмана та мішалку.

Термометр Бекмана використовують для визначення відносної температури, має ціну поділки 0,01 ºС. Він із великою точністю вимірює малі зміни температури. Лаборант налаштовує термометр для кріометричних вимірювань.

Порядок виконання роботи

1. В суху широкогорлу пробірку наливають таку кількість розчинника, щоб його рівень був вищий ртутної кульки термометра на 8–10 мм. Поміщений в пробірку з рідиною термометр з мішалкою треба встановити так, щоб відстань між ртутною кулькою і стінками пробірки була приблизно однаковою знизу і з боків. Потім термометр витягують з пробірки і вимірюють об’єм цієї рідини мірним циліндром. Вважаючи, що густина води дорівнює одиниці, визначають масу розчинника g₁.

2. Пробірку з розчинником, термометром та мішалкою встановлюють в патрон мікрохолодильника і при постійному перемішуванні охолоджують розчинник, за термометром Бекмана визначають зниження температури з часом до встановлення рівноваги (до сталої температури, дослід повторюють двічі).

3. Будують термограму охолодження і визначають температуру замерзання розчинника Т₃⁰, тобто коли в рівновазі знаходяться три фази пара–вода–лід (рис. 3.1). Коли замерзне вся вода іде переохолодження льоду.

4. Виймають з пробірки термометр. Отримують робочу сіль і в широкогорлу пробірку вносять речовину, що розчиняється шляхом висипання із попередньо зваженої на технічних терезах маленької пробірки. Потім маленьку пробірку знову зважують. За різницею визначають масу наважки розчиненої речовини g₂.

5. При постійному перемішуванні охолоджують розчин і за термометром Бекмана визначають зниження температури з часом до встановлення рівноваги (дослід повторюють двічі), фіксують температуру замерзання розчину Т₃¹.

6. Будують термограму охолодження і визначають температуру замерзання розчину Т₃¹ (рис. 3.2). Розбіжність між двома послідовними вимірами не повинна перевищувати 0,01 ºС.