background image

Ć W I C Z E N I E    Nr    37 

 

 OZNACZANIE   MASY   CZĄSTECZKOWEJ   METODĄ  KRIOMETRYCZNĄ  

 

Cel  ćwiczenia: oznaczenie masy cząsteczkowej lub średniego jonowego 
współczynnika aktywności metoda kriometryczną. 

W stałej temperaturze prężność roztworu, czyli ciśnienie pary nasyconej, jest 

równe sumie prężności wszystkich składników roztworu. Prawo Raoulta uzależnia 
prężność dowolnego składnika roztworu p

i

 od ułamka molowego tego składnika w 

roztworze x

i

i

0

i

i

x

p

p

=

                                              

  (1) 

p

i

0

 jest prężnością czystego składnika w danej temperaturze. Prężność roztworu 

dwuskładnikowego wyraża zależność: 

          

 

   

                             

   

(2) 

2

0

2

1

0

1

roz

x

p

x

p

p

+

=

Prężność substancji nielotnej, ciała stałego, jest pomijalnie mała. Uwzględniając, że  
p

2

0

≅0, z równania (2) wynikają następujące zależności dla roztworu substancji 

nielotnej: 

2

0

1

roz

0

1

2

0

1

roz

1

0

1

roz

x

p

p

p

      

       

)

x

1

(

p

p

       

       

x

p

p

=

=

   

 

(3) 

Z równania (3) widać,  że rozpuszczenie substancji nielotnej powoduje obniżenie 
prężności. Prężność roztworu p

roz

 jest mniejsza od prężności czystego 

rozpuszczalnika p

1

0

, a obserwowany efekt zależy od ułamka molowego substancji 

rozpuszczonej, x

2

, natomiast nie zależy od rodzaju substancji. 

Obniżenie prężności roztworu ma ważne konsekwencje - temperatura wrzenia 

roztworu (T

w

)

roz

 jest wyższa od temperatury wrzenia czystego rozpuszczalnika (T

w

)

0

natomiast temperatura krzepnięcia roztworu (T

k

)

roz

 jest niższa od temperatury 

krzepnięcia czystego rozpuszczalnika (T

k

)

0

. Obie te zmiany, podwyższenie 

temperatury wrzenia i obniżenie temperatury krzepnięcia, zależą od ułamka 
molowego substancji nielotnej, x

2

, natomiast nie zależą od rodzaju rozpuszczonej 

substancji. 

Dla roztworów rozcieńczonych można podać zależność pomiędzy 

podwyższeniem temperatury wrzenia roztworu 

ΔT

w

=(T

w

)

roz

-(T

w

)

0

 lub obniżeniem 

temperatury krzepnięcia  

ΔT

k

=(T

k

)

0

-(T

k

)

roz

, a molalnością roztworu m (molalność- 

liczba moli substancji rozpuszczona w 1 kg rozpuszczalnika): 

 

m

E

T

w

=

Δ

                   (4) 

m

K

T

k

=

Δ

                   (5) 

 
Stała E w równaniu (4) jest nazywana stałą ebulioskopową, zależy od właściwości 
rozpuszczalnika i odpowiada podwyższeniu temperatury wrzenia dla roztworu 1 
molalnego. Stała K w równaniu (5) jest nazywana stałą krioskopową, zależy od 
właściwości rozpuszczalnika i odpowiada obniżeniu temperatury krzepnięcia dla 
roztworu 1 molalnego. 

Obniżenie temperatury krzepnięcia roztworu można wykorzystać do 

wyznaczenia masy cząsteczkowej substancji rozpuszczonej, przekształcając 
równanie (5) do postaci: 

background image

                 

o

k

k

m

T

m

K

M

Δ

=

                   (6) 

w której 

ΔT

k

 jest wyznaczonym doświadczalnie obniżeniem temperatury krzepnięcia 

roztworu, przygotowanego przez rozpuszczenie masy m

s

 badanej substancji w masie 

m

o

 rozpuszczalnika.  

Jeżeli substancją rozpuszczoną jest elektrolit zmiany temperatury wrzenia  

i krzepnięcia roztworu są większe, gdyż 1 mol elektrolitu zawiera dwa lub więcej moli 
jonów, a w równaniach (4) i (5) należy uwzględnić współczynnik van’t Hoffa i : 

 

m

E

i

T

w

=

Δ

                   (4a) 

m

K

i

T

k

=

Δ

                    (5a) 

 
który zależy od rodzaju elektrolitu 

i stężenia roztworu m, spełniając warunek: 

+

ν

ν

X

M

  

        

)

(

)i

lim(

0

m

+

ν

+

ν

=

                    (7) 

 
Przyczyną zależności współczynnika van’t Hoffa od stężenia są oddziaływania 
pomiędzy jonami i dlatego współczynnik i można wykorzystać do obliczenia 
średniego jonowego współczynnika aktywności termodynamicznej 

γ

±

, który jest miarą 

oddziaływań międzyjonowych: 

        

)

(

i

+

±

ν

+

ν

=

γ

                           (8) 

 
Wykonanie ćwiczenia. 

1. Przygotować mieszaninę chłodzącą napełniając naczynie na przemian 

warstwami pokruszonego lodu i soli kuchennej. Przygotowaną mieszaninę 
uzupełnić wodą.  

2. Do mieszaniny chłodzącej wstawić naczynie kriometryczne, osłonięte 

płaszczem. W naczyniu kriometrycznym umieścić mieszadełko, miernik 
temperatury i napełnić wodą destylowaną. 

3.  Systematycznie mieszać zawartość naczyńka kriometrycznego,  obserwując 

opadanie temperatury, która powinna zatrzymać się na poziomie temperatury  
krzepnięcia. Odczytać temperaturę krzepnięcia wody, (T

k

)

0

.  Uwaga: jeżeli 

ciecz ulegnie przechłodzeniu poziom rtęci opadnie poniżej temperatury 
krzepnięcia. W takim przypadku można zaobserwować gwałtowny wzrost 
temperatury, a następnie jej ustalenie. Należy odczytać temperaturę, która 
ustali się po gwałtownym wzroście.   

4. Przygotować roztwór badanej substancji: na wadze analitycznej zważyć 

naczyńko z otrzymaną substancją z dokładnością do 0,1 mg. Część substancji 
odsypać do kolby miarowej o objętości 100 ml, dodać wodę destylowaną i 
dokładnie wymieszać. Naczyńko z pozostałą substancją zważyć powtórnie. 
Roztwór w kolbie miarowej uzupełnić wodą destylowaną. 

5. Naczyńko kriometryczne przepłukać przygotowanym roztworem, napełnić tym 

roztworem i zmierzyć temperaturę krzepnięcia roztworu (T

k

)

roz

 w sposób 

opisany powyżej. 

background image

Opracowanie wyników.    

1. Korzystając z zależności (6) obliczyć masę cząsteczkową substancji M  

i porównać ją z rzeczywistą masą cząsteczkową. Stała krioskopowa dla wody 
K=1,858 (kg

.

deg

.

mol

-1

). Obliczyć błąd oznaczenia.  

2. Jeżeli badana substancja jest elektrolitem obliczyć pozorną masę 

cząsteczkową  M

poz

, współczynnik van’t Hoffa jako stosunek mas 

cząsteczkowych pozornej i rzeczywistej: 

rzecz

poz

M

M

i

=

 

3. Obliczyć średni jonowy współczynnik aktywności z równania (8).