Grupa	Zespół	Cwiczenie	Data	Ocena
22	3	5	2008-04-07
Imię i nazwisko		Temat cwiczenia
Katarzyna Góral Joanna Grzywacz Karolina Paśko Kinga Poźniak		KRIOSKOPIA

1. Wstęp teoretyczny

Po rozpuszczeniu w cieczy substancji trudno lotnej, prężność pary nasyconej nad daną cieczą obniża się. Z tego względu prężność pary nasyconej nad roztworem substancji nielotnej jest zawsze niższa nad czystym rozpuszczalnikiem, przy czym tym niższa, im roztwór jest bardziej stężony. Oznaczając prężność pary nasyconej nad czystym rozpuszczalnikiem przez p₀, a prężność pary nasyconej nad roztworem przez p, obniżenie prężności pary nad roztworem można określić z zależności:

Raoult wykazał, że tzw. względne obniżenie prężności pary nasyconej nad roztworem czyli
równe jest ułamkowi molowemu substancji rozpuszczonej, czyli:

m - liczba moli substancji rozpuszczonej,

N₀ - liczba moli rozpuszczalnika

Przekształcając równanie i odejmując jedność z obu stron równania otrzymuje się:

Oznaczając ułamek molowy rozpuszczalnika
przez X₀ otrzymamy ostatecznie:

Powyższe równanie stanowi treść prawa Raoulta: prężność pary nasyconej nad roztworem równa się prężności pary nasyconej nad czystym rozpuszczalnikiem, pomnożonej przez ułamek molowy rozpuszczalnika.

Ponieważ ciecz wrze w temperaturze, w której prężność pary nasyconej nad cieczą równa się prężności pary nasyconej nad jej fazą stałą obserwujemy zmiany temperatury wrzenia i krzepnięcia. Z tego wynikają następujące zależności: podwyższenie temperatury wrzenia jest proporcjonalne są stężenia molalnego substancji rozpuszczonej

gdzie: Δt_wrz - podwyższenie temperatury wrzenia, c_m - stężenie molalne, E - stała ebulioskopowa

Stężenie molalne wyraża się wzorem:

gdzie: m - masa substancji rozpuszczonej, M - masa molowa substancji rozpuszczonej, m_o - masa rozpuszczalnika

Podstawiając ostatecznie równanie do poprzedniego wzoru otrzymamy:

Z równania wynika, że gdy m = M, a m_o = 1000, Δt_w = E.

Współczynnik proporcjonalności E wyrażony w stopniach nazywa się stałą ebulioskopową. Stała ebulioskopowa E stanowi przyrost temperatury wrzenia w stosunku do temperatury wrzenia rozpuszczalnika, gdy stężenie roztworu jest jednomolalne, czyli innymi słowy stała E jest molalnym podwyższeniem temperatury wrzenia roztworu.

Obniżenie temperatury krzepnięcia roztworu jest proporcjonalne do stężenia molalnego substancji rozpuszczonej

gdzie: Δt_krz - obniżenie temperatury krzepnięcia, c_m - stężenie molalne, K - stała krioskopowa

W podobny sposób jak przy temperaturze wrzenia, możemy wyprowadzić równanie

w którym współczynnik K oznacza tzw. stałą krioskopową.

Stała krioskopowa K wyrażona w stopniach stanowi obniżenie temperatury krzepnięcia roztworu w stosunku do temperatury krzepnięcia czystego rozpuszczalnika, zawierającego jeden mol substancji rozpuszczonej w 1000 g rozpuszczalnika czyli jest molalnym obniżeniem temperatury krzepnięcia.

Wartośc stałej K można także wyliczy z równania:

gdzie: ΔH_top jest entalpią topnienia 1 kg rozpuszczalnika, natomiast
jest jego entalpią molową

Zależność opisująca stałą kriometryczną K stanowi podstawę kriometrycznej metody wyznaczania masy molowej składnika roztworu idealnego. W metodzie tej wyznacza się wartość ΔT_k dla roztworu o znanej molalności (roztworu wzorcowego), a następnie znając wartość stałej K rozpuszczalnika wyznacza się maloalnośc badanego roztworu, a z niej poszukiwaną masę molową badanej substancji.

Istotnym warunkiem poprawności oznaczenia masy molowej metodą kriometryczną jest, aby roztwór, jaki tworzy badana substancja, był roztworem idealnym. W przypadku roztworów rzeczywistych wzór kriometryczny przybiera postać
gdzie g jest współczynnikiem osmotycznym Bjerruma. Wzór w tej postaci nie nadaje się do wyznaczania masy molowej substancji rozpuszczonej, co więcej ani substancja rozpuszczona, ani rozpuszczalnik nie mogą ulega w roztworze dysocjacji.

Pomiary ebulioskopowe i krioskopowe prowadzi się w celu wyznaczenia mas cząsteczkowych M substancji rozpuszczonych w rozpuszczalnikach o znanych wartościach stałych E albo K.

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zaobserwowanie zjawiska obniżenia temperatury krzepnięcia w stosunku do temperatury czystego rozpuszczalnika, a także zależność tej różnicy temperatur od stężenia molarnego temperatur.

3. Parametry pomiarowe

Temperatura: T=20°C

Ciśnienie: p=753 [mmHg]

roztwory: KCl

stężenie roztworu I: c_m = 0,2270 [mol/kg]

II: c_m = 0,1631 [mol/kg]

III: c_m = 0,0907 [mol/kg]

4. Sposób wykonania

Do oznaczenia obniżenia temperatury krzepnięcia roztworu KCl o różnych stężeniach molarnych służy krioskop połączony z głowicą pomiarową i rejestratorem.

Ustawiamy prawidłowo aparat, na głowicę pomiarową nakładamy naczyńko pomiarowe zawierające 0,15 cm³ czystego KCl. Głowicę umieszczamy w lewym otworze krioskopu, ustawiamy stopień tłumienia na 64, obserwujemy wychylenie zaznaczone przez pisak na rejestratorze. Gdy próbka odpowiednio się przechłodzi włączamy wibrator (zamrażamy roztwór). Stopniowo zmieniamy stopień tłumienia na 2. Wyciągamy i rozmrażamy próbkę.

Czynności te powtarzamy kilkukrotnie dla każdego przygotowanego roztworu.

Iloczyn wychylenia pisaka i stopnia tłumienia to zmiana temperatury krzepnięcia.

5.Wyniki pomiarów

Nr	molarność roztworu z naważek [mol/kg]	stopień tłumienia	wychylenie pisaka	iloczyn wychylenie pisaka × stopień tłumienia (T)	molarność wyliczona z krioskopii	współczynnik izotoniczny
1. wzorzec	0,400	8	135	1080	-	-
2.	0,2270	8	170	1360	0,5037	2,2189
3.	0,1631	8	147	1176	0,4356	2,6708
4.	0,0907	8	118,5	948	0,3511	3,8710

6. Wnioski

Wraz ze wzrostem stężenia wzrasta temperatura krzepnięcia. Im niższe stężenie próbki roztworu, tym mniejsze wychylenie pisaka na wykresie.

4

---