Криоскоп

Молекулярную массу криоскопическим методом определяют в при­боре Бекмана — криоскопе (рис. 8). Он состоит из пробирки 1 (объемом 60—80 мл), которую за­крепляют на пробке в воздушной муфте 2, препятствующей слишком быстрому охлаждению жидкости. В пробирку 1 опускают мешал­ку и закрывают пробкой, в которую вставлен термометр Бекма­на. Собранный прибор закрепляют в лапке штатива и помещают в охладительную смесь криоскопа, которая перемешивается ме­шалкой.

Температуру охладительной смеси поддерживают постоян­ной — на 3—4° ниже температуры замерзания растворителя. На­пример, если в качестве растворителя берут бензол, температура замерзания которого +5,5° С, то температура охладительной смеси поддерживается около 1—2° С добавлением льда к воде. Если растворитель—вода, то температуру охладительной смеси поддерживают около —3°, —4° С. В этом случае в качестве охладительной смеси применяется мелко раздробленный лед с поваренной солью.

Температуру охладительной смеси контролируют обычным термометром.

Контрольные вопросы

1. Когда начинается кипение жидкости?

2. Покажите графически, что раствор должен кипеть при более высокой температуре, чем растворитель. Чем это объясняется?

3. Чем вызвано понижение точки замерзания растворов?

4. Сформулируйте второй закон Рауля, запишите его математическое выражение.

5. Каким растворителем целесообразнее пользоваться при определении молекулярной массы криоскопическим методом: бензолом или водой? Ответ подтвердите расчетом.

6. Каков физический смысл криоскопической константы?

7. Будут ли отличаться температуры замерзания децимоляльных растворов хлористого калия и сахарозы в воде?

8. Какой раствор называют идеальным, каковы его основные признаки и при каких условиях он образуется?

9. Чем обусловливаются положительные и отрицательные отклонения от закона Рауля? Привести примеры различных типов бинарных жидких растворов, безгра­нично смешивающихся.

10. Первый и второй законы Коновалова. Пояснить эти законы на диаграммах состав — температура кипения и состав — давление.

11. Какой закон Вревского определяет зависимость изменения состава равновесного пара над жидкостью одинакового состава от изменения температуры?

12. Можно ли, исходя из правила фаз, предсказать изменение состава азеотропной смеси?

13. При помощи какого закона Вревского можно определить, как изменится состав азеотропной смеси от температуры кипения? Сформулировать этот закон.

14. В чем заключаются перегонка в равновесии, простая перегонка и ректифи­кация? Пояснить различные виды перегонок на диаграммах состав — температура кипения.

15. Как рассчитать соотношение между количеством паров и жидкости для системы, изображаемой точкой заданного состава, находящейся в области, заклю­ченной между кривыми?

Лабораторная работа № 7.

Определение молекулярной массы

(или степени диссоциации) растворенного вещества

криоскопическим методом.

Цель работы.

Определить понижение точки замерза­ния раствора и на основании второго закона Рауля, рассчитать молекулярную массу (или степень диссоциации) растворенного вещества.

Приборы и посуда:

1. Термометр Бекмана;

2. Криоскоп;

3. Технохимические весы;

4. Аналитические весы.

Реактивы и материалы:

1. Исследуемое вещество.

Методика выполнения работы

Готовят охладительную смесь, в нее погружают муфту, кото­рую зажимают в лапке штатива. Во время работы, муфту ни разу не вынимают из смеси. Сухую чистую пробирку 1 взвешивают с точностью до 0,01 г на технохимических весах, подвесив ее к коромыслу. Если применяют летучий растворитель, например бензол, пробирку при взвешивании закрывают корковой пробкой без отверстия.

Затем в пробирку наливают столько растворителя (~15 - 20 мл), чтобы после погружения термометра Бекмана уровень растворителя был на 1—1,5 см выше ртутного резервуара термо­метра, нижний конец которого должен отстоять от дна пробирки на 1—1,5 см, и снова взвешивают. Результаты взвешивания заносят в табл. I (см. форму отчета).

При использовании бензола как растворителя следует помнить, что он токсичен и хранится в вытяжном шкафу. Мерным цилиндром отмеряют бензол под тягой, переносят его в пробир­ку 7(рис. 8) и плотно закрывают пробкой, с которой была взвешена пустая пробирка. После работы остатки бензола выливают в склянку для отходов, находящуюся под тягой.

Пробирку 1 закрывают пробкой с термометром Бекмана и мешалкой. В правильно собранном криоскопе термометр Бекмана и пробирка 1 должны стоять устойчиво, а мешалка свободно двигаться вверх и вниз мимо ртутного резервуара. Термометр Бекмана закрепляют за верхнюю часть в лапке штатива. (Сво­бодно! Не зажимать!)

Прежде всего, определяют приближенную температуру замер­зания растворителя (tº_зам.). Для этого опускают пробирку 1 без муфты в охладительную смесь неглубоко, чтобы поверхность раствори­теля была на 1 см выше охладительной смеси. Непрерывно поме­шивая растворитель, наблюдают за показаниями термометра. Вследствие переохлаждения температура упадет ниже точки замерзания, а когда начнется кристаллизация, сопровождающая­ся выделением тепла, температура будет повышаться. Макси­мальная температура после переохлаждения — это и есть при­ближенная температура замерзания растворителя, так как ее определение проводится в условиях неравномерного охлаждения. Отсчет ведут с точностью до 0,01° на глаз (без лупы). Результат определения заносят в табл. II. Затем вынимают пробирку из охладительной смеси и нагревают рукой, чтобы расплавить кристаллы.

После этого приступают к определению точной температуры замерзания растворителя. Чтобы сделать это быстрее, поступают следующим образом: пробирку помещают в охладительную смесь без муфты неглубоко (так же, как при определении приближен­ной температуры замерзания) и охлаждают до температуры на 1° выше, чем приближенная температура замерзания, все время, перемешивая растворитель. Например, если приближенная тем­пература замерзания 3,47°, то охлаждение без муфты ведут до 4,47°. Затем пробирку вынимают из охладительной смеси, выти­рают снаружи досуха и быстро помещают в воздушную муфту (дно пробирки / должно быть выше дна воздушной муфты на 1 – 1,5 см). Продолжают охлаждение. Когда установится темпера­тура на 0,3° выше найденной приближенной температуры кри­сталлизации, перемешивание прекращают и переохлаждают растворитель (бензол переохлаждают на 0,3°; воду на 1° ниже приближенной температуры). Потом перемешивают раствори­тель, начинается кристаллизация, сопровождающаяся выделе­нием тепла, и температура повышается. Пользуясь лупой, отме­чают максимальную температуру с точностью до 0,002°. Заносят ее в таблицу как точную температуру замерзания растворителя.

Определение повторяют не менее трех раз, расхождения между повторными измерениями не должны превышать 0,005°; для величины Δtº_зам. берут среднее арифметическое значение.

От преподавателя получают исследуемое вещество (неэлек­тролит или электролит) в маленькой пробирке, взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г, занося данные взве­шивания в табл. I. Приподнимают термометр Бекмана из про­бирки и высыпают вещество в растворитель, стараясь не попа­дать на стенки. Снова взвешивают маленькую пробирку на ана­литических весах и по разности весов рассчитывают навеску.

Для растворения введенного вещества пробирку нагревают рукой, перемешивая раствор. Затем помещают ее без муфты в охладительную смесь, и определение температуры замерзания раствора (t_зам) проводят так же, как и чистого растворителя, т. е. сна­чала определяют приближенную температуру кристаллизации и т. д.

Важно не допускать переохлаждения раствора ниже найден­ной приближенной температуры, чем 0,2°.