Додати в закладки
Переклад
Translate
 Вхід в УЧАН Анонімний форум з обміну зображеннями і жартами. |
|
|
Скачати одним файлом. Книга: ПЕРЕДМОВА
VI. РОЗЧИНИ НЕЕЛЕКТРОЛІТІВ
1. ВИЗНАЧЕННЯ КРИТИЧНОЇ ТЕМПЕРАТУРИ ВЗАЄМНОГО РОЗЧИНЕННЯ РІДИН
Для роботи необхідно: прилад для визначення критичної температу-
ри; плитка електрична; технічні терези; піпетка, градуйована на 5–10 мл; штатив з пробірками; фенол; вода.
У випадку обмеження взаємної розчинності двох рідин у певній області концентрації завжди має місце рівновага між двома розчинами різного складу.
Очевидно, при заміні температури ця рівновага буде змінюватися в ту чи іншу сторону. Всі ці співвідношення можуть бути подані графічно на діаграмах температура – склад.
Температура, вище або нижче якої рідини взаємно розчинні у всіх співвідношеннях, називається критичною температурою розчинення. Роз-
різняють верхню і нижню критичні температури розчинення.
 |
Нижче приводяться приклади діаграм температура – склад систем з верхньою і нижньою критичними температурами розчинення (рис. 1, 2, 3).
Криву взаємної розчинності двох рідин найпростіше знайти, визна-
чаючи температуру зникнення або появи другої фази. Для визначення цієї температури зручно використовувати прилад, зображений на рис. 4.
Колба 1
служить водяною або масляною банею, в пробірку 2 помі-
щають досліджувану суміш, в неї на коркові вставляють термометр 3 і мішалку 4.
Виходячи з загальної наважки і процентного вмісту, розраховують ва-
гові кількості для одержання досліджуваних сумішей.
Якщо другими компонентами буде рідина, то її можна брати в об’єм-
них одиницях. Для цього необхідно знати її густину. Густина води при температурі досліду приймається рівною одиниці.
Для дослідження беруть дві речовини, що погано розчиняються одна в одній, наприклад система фенол – вода.
Готують декілька сумішей з різним процентним складом, який вка-
зується керівником занять. Загальна вага суміші не повинна перевищува-
ти 5–6 г.
Рис. 3. Система з верхньою і Рис. 4. Схема приладу для
нижньою критичними визначення критичної
температурами розчинення температури розчинення.
(нікотин – вода).
Спочатку зважують необхідну кількість фенолу, потім відмірюють не-
обхідну кількість води для одержання суміші певного процентного складу.
Встановлюють пробірку в прилад для визначення критичної темпера-
тури і відмічають дві температурні точки: температуру гомогенізації (пере-
хід системи в одну фазу) і температуру гетерогенізації (розділення системи на дві фази).
Для одержання точних даних потрібно змінювати температуру повіль-
но, при безперервному перемішуванні суміші в пробірці з метою уник-
нення перегріву, переохолодження.
При роботі з фенолом потрібно слідкувати за тим, щоб він не потра-
пив на шкіру, так як він викликає опіки.
По одержаних даних будують діаграму: температура – склад, по якій визначають критичну температуру розчинення і проводять контрольне визначення процентного складу по температурі взаємного розчинення. Результати дослідів заносять у таблицю:
|
№№ пробірок |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
% фенолу |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Наважка фенолу, кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Наважка води, кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура гомогенізації, К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура гетерогенізації, К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Середня температура, К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. ВИЗНАЧЕННЯ МОЛЕКУЛЯРНОЇ МАСИ РОЗЧИНЕНОЇ РЕЧОВИНИ КРІОСКОПІЧНИМ МЕТОДОМ
Для роботи необхідно: кріоскоп; пробірка для розчину з мішалкою; термометр Бекмана; стаканчик фарфоровий; лід; сіль; речовина і розчини для дослідження.
Виходячи з сучасної теорії розведених розчинів, встановлена залеж-
ність пониження точки замерзання 
розчинника від концентрації роз-
чиненої в ньому речовини:
,
де Ккр – кріоскопічна стала; g – вага розчиненої речовини, кг; gо – вага розчинника, кг; М – молекулярна маса розчиненої речовини. Це рівняння справедливе для розведених розчинів, що не дисоціюють на йони, а також неасоційованих.
Розв’язавши це рівняння відносно молекулярної маси М, експери-
ментально визначаючи величини, що входять до нього, можна розрахувати молекулярну вагу неелектроліту:
,
де gо – вага розчинника, кг (її можна брати і в об’ємних одиницях, знаючи густину розчинника). Для води густина приблизно дорівнює 1.
Визначаючи експериментально пониження температури замерзання розчину неелектроліту, можна розрахувати його молярність, виходячи з того, що кріоскопічна стала Ккр – молярне пониження точки замерзання розчинника, тобто таке пониження температури, яке спостерігається, коли в 1 кг розчинника розчинений 1 моль речовини.
Молярну концентрацію розчину неелектроліту визначають за фор-
мулою:
.
Значення кріоскопічної сталої залежить від властивостей і виража-
ється рівнянням:
,
де R – газова стала в калоріях; T – абсолютна температура замерзання розчинника; Mo – молекулярна маса розчинника; lзам. – молекулярна теплота замерзання розчинника;
lзам. – питома теплота замерзання роз-
чинника.
Температури замерзання деяких розчинників, а також кріоскопічні сталі приведені в табл. 2, що знаходиться в кінці опису.
У випадку слабких електролітів число молекул і йонів у і разів більше числа початково взятих молекул:
,
де і – коефіцієнт Вант-Гоффа; a – ступінь дисоціації; п – число йонів, які утворюються з однієї молекули. Тому рівняння для пониження темпе-
ратури замерзання у випадку слабких електролітів можна записати в такому вигляді:
.
Для електролітів, молекулярна маса яких невідома, розв’язуючи це рівняння, одержимо:
.
У випадку слабких електролітів, при відомій молекулярній масі, можна підрахувати коефіцієнт Вант-Гоффа:
.
Знаючи і, підраховують ступінь дисоціації електролітів
.
|
Рис.1
|
Прилад для кріоскопічних вимірювань, зображений на рис. 1, складається з таких частин. Пробірка 1 закріплена на коркові в металевому посуді 2, який відіграє роль повітряної сорочки. Стакан 3, в який помі-
щають охолоджуючу суміш, закривається криш-кою 4 з двома отворами, в один з яких вставляють корок для пробірки 1, а в другий – мішалку 5.
Перш ніж приступити до роботи, необ-
хідно ознайомитися з термометром Бекмана (рис. 2.).
|
Рис. 2. |
Особливістю цього термометра є велика довжина шкали (приблизно
5 см на 1 К) і наявність у верхній частині термометра запасного резервуара з ртуттю, який дає можливість змінювати кількість ртуті в робочій частині термометра. Велика довжина шкали дозволяє робити від-
ліки з необхідною для вимірів точністю, а запасний резервуар дає можливість встанов-
лювати термометр на різні температурні інтервали.
Шкала термометра розділена на 5 К, кожний градус ділиться на десяті долі, а кожна десята доля в свою чергу ділиться на соті долі; тисячні долі можуть бути при-
близно розраховані за допомогою лупи.
Термометр для кріоскопічних вимірів налагоджується так, щоб при температурі замерзання рівень ртуті знаходився між третім і п’ятим градусами. Перед наладкою термометра перевіряють його покази при умовах, необхідних для роботи. Якщо рівень ртуті в капілярі не буде встановлюватися між 3 К і 5 К, термометр необхідно налагодити. Це робиться наступним чином: затискують рукою нижній резервуар ртуті, тобто нагрівають його і з’єднують із стовпчиком ртуті в верхньому резервуарі. Якщо в нижньому резервуарі був надлишок ртуті, тобто ртуть піднімалась у попередньому досліді вище п’ятого градусу, то після з’єднання обох резервуарів необхідно частину ртуті перевести в верхній резервуар. Для цього термометр повертають верхнім резервуаром вниз. Якщо ртуть у попередньому досліді опускалась нижче нуля, тобто в нижньому резервуарі ртуті недостатньо, то частину ртуті необхідно перелити з верхнього в нижній резервуар.
Для цього з’єднують верхній і нижній резервуар, і нижній резервуар охолоджують в суміші льоду і води. Після того, як ртуть перейде в деякій кількості в потрібному напрямку, розривають стовпчик ртуті в капілярі. Нижній резервуар затискають у долоні і легким постукуванням однієї руки по другій розривають стовпчик ртуті. У випадку, коли ртуть не зупи-
няється в потрібному інтервалі температур, налагодження повторюють.
Налагоджений термометр залишають у стакані з льодом і присту-
пають до наступної операції.
Розчинник наливають у пробірку в такій кількості, щоб після зану-
рення в нього термометра Бекмана рівень рідини був на 2–3 см вищий верх-
ньої частини нижнього резервуару, а нижня частина резервуару не повин-на доходити до дна на 1–2 см. У більшості випадків заливають 25–40 мл розчинника.
Потім готують охолоджену суміш із води, льоду і солі з температурою на 3–4 К нижче температури замерзання розчинника. Заповнюють охо-
лоджуючою сумішшю стакан 3, проводять наближене визначення to замерзання розчинника. Для цього пробірку з розчинником і вставленим в неї термометром поміщають безпосередньо в охолоджуючу суміш. Перемішуючи рідину, спостерігають за показами термометра. Внаслідок переохолодження температура опускається нижче точки замерзання; коли починається кристалізація в результаті виділення теплоти кристалізації, температура розчину починає підвищуватися. По термометру відра-
ховують максимальну температуру, яка й приймається за наближену температуру замерзання. Наближеною вона являється тому, що дослід проводиться в умовах, які не виключають нерівномірностей охолодження.
Після наближеного визначення температури пробірку виймають з охолоджуючої суміші і розплавляють утворені кристали, опускаючи про-
бірку у воду кімнатної температури. Потім ставлять пробірку у повітряну сорочку 2 приладу. Для прискорення процесу охолодження рідину в пробірці 1 перемішують мішалкою 5. Коли встановиться температура приблизно на 0,5 К вище попередньо знайденої наближеної температури кристалізації, перемішування припиняють і переохолоджують рідину на 0,2–0,5 К нижче наближеної температури. Перемішуючи переохолоджений розчинник, зумовлюють його кристалізацію. Процес кристалізації супро-
воджується виділенням прихованої теплоти плавлення, яка, в свою чергу, веде до збільшення температури. Максимальну температуру, яка спосте-
рігалась при кристалізації, відмічають, користуючись лупою з точністю до 0,002 К і записують як температуру замерзання розчинника.
Вимірювання температури замерзання чистого розчинника повто-
рюють декілька разів. Після кожного визначення пробірку 1 виймають з приладу, утворені кристали розплавляють, як було вказано вище.
Середнє арифметичне з окремих вимірів приймають за дійсне зна-
чення температури замерзання розчинника. Графічна похибка не повинна перевищувати 0,005 К.
Для визначення молекулярної маси досліджуваної речовини беруть наважку g 0,2–0,3 г з точністю зважування до 0,0001 г і розчиняють її в даному розчиннику.
Наближену температуру кристалізації визначають так, як і для роз-
чинника.
Визначення проводять 3 рази. Середнє значення трьох вимірів беруть за дійсне.
В даній роботі студент повинен виконати наступні завдання:
1. Визначити молекулярну масу речовини.
2. Визначити ступінь дисоціації слабкого електроліту або коефіцієнт активності сильного електроліту.
3. Визначити молярну концентрацію розчину неелектроліту.
Результати роботи і розрахункові дані записують по формі:
Об’єм розчинника V =
Вага розчинника go =
Вага розчиненої речовини g =
Електроліт для визначення ступені дисоціації
Об’єм, взятий для досліджування молярної концентрації Vk =
Вага розчинника go =
Вага розчиненої речовини g =
Досліджувані і розрахункові дані заносяться в табл. 1.
Таблиця 1
|
|
Температура кристалізації, К |
Середня температура кристалізації, К |
Пониження температури кристалізації, К |
Результати |
|
Чистий розчинник |
|
|
|
|
|
Розчин для ви- кулярної маси |
|
|
|
|
|
Розчин для ви- |
|
|
|
|
|
Розчин для ви- дисоціації |
|
|
|
|
Таблиця 2
|
Розчинник |
Тзам., К |
Обрахована Ккр |
Експери- визначена Ккр |
|
Вода |
273,2 |
1,862 |
1,86 |
|
Нітробензол |
278,8 |
6,83 |
6,90 |
|
Бензен |
278,9 |
5,12 |
5,10 |
|
Фенол |
313,2 |
7,80 |
7,80 |
|
Камфора |
451,2 |
48,20 |
49,00 |
ЗМІСТ
На попередню
|
|
