Понижение температуру замерзания растворов. Температура замерзания растворов

Cтраница 1

Понижение температуры замерзания разбавленных растворов пропорционально концентрации растворенного вещества. Это заключение можно получить, повторив все рассуждения и математические операции, выполненные при выводе зависимости повышения температуры кипения раствора от концентрации.  

Итак, понижение температуры замерзания разбавленного раствора, как и повышение температуры кипения его, пропорционально концентрации растворенного вещества. Это утверждение также впервые было высказано Раулем и называется вторым законом Рауля.  

Опытным путем установлено, что понижение температуры замерзания разбавленного раствора пропорционально концентрации растворенного вещества. В 1883 г. французский химик Ф. М. Рауль сделал очень интересное открытие: понижение температуры замерзания, вызываемое разными растворенными веществами, взятыми в одинаковых молярных количествах, одинаково для данного растворителя.  

Опытным путем установлено, что понижение температуры замерзания разбавленного раствора пропорционально концентрации растворенного вещества. В 1883 г. французский химик Ф. М. Рауль сделал очень интересное открытие: понижение температуры замерзания, вызываемое различными растворенными веществами, взятыми в одинаковых молярных количествах, оказывается одним и тем же для данного растворителя.  

В основе криоскопических измерений лежит определение понижения температуры замерзания разбавленного раствора (АГ3) по сравнению с чистым растворителем.  

Средний коэффициент активности сильного электролита вычисляют по понижению температуры замерзания разбавленного раствора электролита.  

Величина К3 зависит только от свойств растворителя, поэтому понижение температуры замерзания разбавленных растворов определяется только концентрацией, а не природой растворенного вещества.  

Тамман [ 4, Каррара , Орндорф и Уайт 16 ] и Мендель провели ряд измерений по понижению температуры замерзания разбавленных растворов перекиси водорода (содержащих ее в количестве меньше 5 вес.  

Величина К3 зависит только от свойств растворителя. Поэтому понижение температуры замерзания разбавленных растворов в данном растворителе определяется только концентрацией растворенного вещества.  

Величина / (3 зависит только от свойства растворителя. Поэтому понижение температуры замерзания разбавленных растворов в данном растворителе определяется только концентрацией растворенного вещества.  

Из опыта известно, что растворы замерзают при более низкой, а кипят при более высокой температуре, чем температура замерзания и кипения чистого растворителя. Измерения показали, что понижение температуры замерзания разбавленного раствора, равно как и повышение температуры его кипения, зависит только от концентрации раствора, но не зависит от природы растворенного вещества.  

Практически среднечисловой молекулярный вес вычисляют делением веса образца на число молекул в нем. Среднечисловой молекулярный вес находят определением осмотического давления, по повышению температуры кипения и понижению температуры замерзания разбавленных растворов полимеров, а также определением числа концевых групп.  

Растворы замерзают при более низкой, а кипят при более высокой температуре, чем чистый растворитель. Эти закономерности относятся только к растворам нелетучих веществ. Установлено, что понижение температуры замерзания разбавленного раствора, как и повышение температуры его кипения, зависят только от концентрации раствора, но не зависят от природы растворенного вещества.  

Константа замерзания (криоскопическая постоянная) Кзан, или моляльное понижение температуры замерзания, является величиной, характерной для данного растворителя и независящей от природы растворенного вещества. Физический смысл ее ясен из приведенного уравнения: Хзам - это понижение температуры замерзания раствора, содержащего 1 моль вещества в 1000 г растворителя, при условии, что раствор этой концентрации обладает свойствами идеального и растворенное вещество не диссоциирует и не ассоциирует. Для экспериментального определения / (зам следует измерить понижение температуры замерзания разбавленных растворов, а затем пересчитать эти данные на 1 моль.  

Растворы кипят при более высокой температуре чем чистый растворитель;

Следствия из закона Рауля

Растворы, которые строго подчиняются закону Рауля, являются идеальными. Для реальных растворов неэлектролитов закон Рауля соблюдается тем точнее, чем более разбавленным является этот раствор. По мере повышения концентрации растворенного вещества для большинства растворов наблюдаются отклонения от закона Рауля.

Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного вещества.

Не подчиняются закону Рауля растворы электролитов (кислот, оснований, солей). Причем, даже в тех случаях, когда они являются разбавленными. Причина этого явления будет нами рассмотрена позже.

Из закона Рауля вытекают два важных следствия:

Рассмотрим их более подробно.

Кипение является физическим процессом перехода жидкости в газообразное состояние или пар, при котором пузырьки газа образуются по всему объему жидкости.

Жидкость закипает, когда давление ее насыщенного пара становится равным внешнему давлению. Если внешнее давление (например, атмосферное) не изменяется, а сама жидкость является индивидуальным и химически чистым веществом, то кипение ее в открытом подогреваемом сосуде происходит при постоянной температуре до тех пор, пока полностью не исчезнет жидкая фаза.

Так при атмосферном давлении равном 101,325 кПа температура кипения очищенной (дистиллированной) воды равна 100 о С или 373,16 K.

Если же в Н 2 О растворить какое-нибудь нелетучее вещество, то давление ее насыщенного пара понизится. Чтобы получившийся раствор закипел, необходимо нагреть его до температуры выше, чем 373,16 K, т.к., только при таких условиях давление насыщенного пара растворителя снова станет равным атмосферному.

Замерзание или кристаллизация представляет собой физическое явление, сопровождающееся превращением жидкости в твердое вещество. Причем кристаллические структуры образуются во всем объеме жидкости.

Процесс замерзания начинается, если давление насыщенного пара над жидкостью становится равным давлению насыщенного пара над ее твердыми кристалликами.

Если внешнее (атмосферное) давление остается постоянным, а жидкость не содержит посторонних примесей, то в процессе кристаллизации температура охлаждаемой жидкости будет оставаться постоянной до тех пор, пока жидкая фаза полностью не превратится в твердую.

При атмосферном давлении равном 101,325 кПа дистиллированная вода замерзает при 0 о С (273,16 K). Давление насыщенного пара воды надо льдом и жидкостью в этом случае равно 613,3 Па.

Для водного раствора давление насыщенного пара растворителя при 0 о С будет меньше чем 613,3 Па, а надо льдом остается неизменным. Опущенный в такой раствор лед будет быстро таять, вследствие конденсации над ним избыточного количества пара.

Лишь при понижении температуры снова можно уравнять давление насыщенного пара над жидкой и твердой фазой и вызвать процесс кристаллизации.

Опытным путем было установлено, что повышение температуры кипения (Dt кип.) и понижение температуры замерзания раствора (Dt зам.) по сравнению с чистым растворителем прямо пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества. Математически это можно записать следующим образом:

t кип. р-ра – t кип. р-теля = Dt кип. = Em

t зам. р-теля – t зам. р-ра = Dt зам. = Km

где m – моляльная концентрация растворенного вещества; E и K – соответственно, эбуллиоскопическая (лат. ebbulio – выкипаю) и криоскопическая (греч. «криос» - холод) константы, значения которых зависят только от природы растворителя (табл. 7).

Таблица 7. Эбуллиоскопические E и криоскопические K константы некоторых растворителей (град/моль)

Замерзание представляет собой фазовый переход, при котором происходит превращение жидкости в твердое вещество. Температурой замерзания 9кристаллизации) жидкости называют ту температуру, при которой давление насыщенного пара над жидкостью равно давлению насыщенного пара над выпадающими из нее кристаллами твердой фазы.

При этой температуре и соответствующем ей давлении насыщенного пара скорость кристаллизации равна скорости плавления и обе эти фазы могут сосуществовать в течение длительного времени.

Еще М.В. Ломоносов заметил, что разбавленный раствор замерзает при температуре более низкой, чем чистый растворитель. Так, морская вода замерзает не при 273 К, а при несколько более низкой температуре. Многочисленные эксперименты показали, что такое изменение температуры замерзания раствора можно рассматривать как общее правило.

Процессы замерзания и кипения были детально изучены Раулем и представлены в виде закона, который в последствии был назван вторым законом Рауля.

рассмотрим простейший вывод этого закона. На рис.2 показана диаграмма, выражающая зависимость давления насыщенног пара от температуры над чистым растворителем и над раствором.

Кривая 0А – зависимость давления насыщенного пара чистой воды от температуры.

Кривая ВС, ДЕ – зависимость давления насыщенного пара воды над растворами с различными концентрациями растворенного вещества

0Д – выражает температурную зависимость давления насыщенного пара воды над льдом.

Из рис.2 видно, что давление пара над раствором при 273 К ниже, чем над водой, но оно не равно давлению пара над льдом при той же температуре. Лишь при температуре ниже 273 К (Т’з) давление пара над раствором уменьшается настолько, что становится равным давлению пара над льдом. Этому соответствует точка В. При более высоких концентрациях раствора кривые, выражающие зависимость давления пара воды над раствором от температуры, располагаются ниже кривой ВС, но параллельно ей.

Введем следующий обозначения:

Р 0 А – давление пара над чистым растворителем при 273 К

Р А – давление пара над раствором при температуре его замерзания Т’ з

Из прямоугольного треугольника ВОК определяем

Из рисунка 2 видно, что , где - понижение температуры замерзания раствора.

Подставляя эти значения в выше записанное уравнение, получим

(3)

Из первого закона Рауля для сильно разбавленных растворов имеем

и (4)

где n А, n В, m А сохраняют ранее присвоенные обозначения (см. выше). Если через М 0 А обозначить молярную массу растворителя, то

При подстановке этого выражения в уравнение (4) получим

Умножим и разделим правую часть этого выражения на 1000, тогда

(5)

Объединим все постоянные величины в уравнении (5) в одну постоянную К (), получим следующее выражение

(6)

Выражение представляет собой моляльность раствора Св.

Подставив это выражение в уравнение (6), получим окончательное уравнение.

(7)

Это и есть математическое выражение второго закона Рауля: понижение температуры замерзания или повышение температуры кипения растворов прямо пропорционально его моляльной концентрации.

Коэффициент К в уравнении (7) носит название криоскопической постоянной, показывает молярное понижение температуры замерзания раствора, является индивидуальной характеристикой растворителя (К Н2О =1,86º) и имеет ту же размерность, что и Е (Кº·кг·моль -1)

Метод исследования, основанный на измерении понижения температуры замерзания растворов, называется криоскопическим. Он также, как и эбуллиоскопический позволяет вычислить молярную массу растворенного вещества

На рис.3 изображен прибор, предназначенный для измерения температуры замерзания растворов.

ОСМОС И ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ .

Весьма важным в биологическом отношении свойством растворов является осмос.

В природе часто растворы отделяются от растворителя мембранами, проницаемыми лишь дл я частиц растворителя. В этом случае растворенное вещество диффундировать в растворитель не может, и будет наблюдаться только переход растворителя в в раствор, т.е. растворитель будет перемещаться в обоих направлениях, но все же в раствор его будет переходить немного больше, чем в обратном направлении.

Механизм осмоса легко представить на основе изотермической перегонки. Пусть полупроницаемая мембрана, имеющая микропоры, разделяет растворитель и раствор с концентрацией С в (рис.4)

В пору, ограниченную с одной стороны растворителем, а с другой раствором, идет испарение. Вследствие повышения по закону Рауля упругости насыщенного пара со стороны растворителя из парообразной фазы концентрируется, переходя в раствор.

В результате осмоса увеличивается объем раствора, и его концентрация постепенно снижается; проникающий через мембрану в раствор растворитель увеличивает столб жидкости h и, следовательно, повышает гидростатическое давление (см. рис.5). Одновременно будет возрастать число молекул растворителя, перемещающихся через мембрану в обратном направлении, т.е. из раствора в растворитель. постепенно гидростатическое давление и разбавление раствора достигнут величин, при которых количество молекул растворителя, перемещающихся в обоих направлениях, уравняется и наступит осмотическое равновесие. Развившееся в результате осмоса избыточное гидростатичекое давление, измеряемое столбом раствора высотой h, при котором устанавливается осмотическое равновесие, называют осмотическим давлением.

рис. 5

Полупроницаемыми для многих растворов являются мембраны из коллодия, целлофана, железистосинеродистой меди и др.

ЗАКОНЫ ОСМОТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ .

Изучение законов осмотического давления выявило их полную аналогию с газовыми законами. Для разбавленных растворов неэлектролитов их можно сформулировать так:

при постоянной температуре осмотическое давление прямо пропорционально молярной концентрации растворенного вещества (аналогия с законом Бойля-Мариотта):

при постоянной молярной концентрации осмотическое давление прямо пропорционально абсолютной температуре (аналогия с законом Гей-Люссака):

Из двух этих законов следует, что при одинаковых молярных концентрациях и температуре растворы разных неэлектролитов создают одинаковое осмотическое давление, т.е. эквимолярные растворы неэлектролитов изотоничны (аналогия с законом Авогадро).

Вант-Гоффом был предложен объединенный закон для осмотического давления в растворах (аналогично объединенного газовому закону Менделеева-Клайперона): Осмотическое давление разбавленных растворов неэлектролитов прямо пропорционально молярной концентрации, коэффициенту пропорциональности и абсолютной температуре:

так как с=n/V, где n – число молей неэлектролита, а V – объем раствора, то или

Температура замерзания раствора.

Температура кипения раствора.

Относительное понижение давления насыщенного пара над раствором равно мольной доле растворенного вещества.

Растворы неэлектролитов.

Свойства растворов рассматривают на примере разбавленных растворов, при образовании которых тепловой и объёмный эффекты равны 0 (идеальные растворы). В таких растворах частица находятся на большом расстоянии друг от друга и силами взаимного влияния можно пренебречь.

Понижение давления пара вызвано тем, что поверхность раствора, в отличие от поверхности растворителя частично занято частицами нелœетучего растворенного вещества. Это приводит к уменьшению числа молекул растворителя, испаряющихся в единицу времени; число же молекул растворителя, переходящего из газа в раствор, остается без изменения. При этом основную роль играют силы сольватационного взаимодействия. Οʜᴎ значительно прочнее сил сцепления между молекулами растворителя, чем и объясняется переход меньшего числа молекул растворителя в газовую фазу.

Рассмотрим двухкомпонентный идеальный раствор.
Размещено на реф.рф
Пусть давление насыщенного пара растворителя и растворенного вещества: Р 0 1 и Р 0 2 соответственно. Мольные доли: Х1 и Х2. В случае если растворенное вещество является нелœетучим, то Р 0 2=0. Тогда общее давление пара равно парциальному давлению пара растворителя: Р=Р1= Р 0 1*Х1. Общее давление насыщенного пара раствора определяется только парциальным давлением пара летучего компонента .

т. е. давление насыщенного пара растворителя над раствором равно произведению его давления над чистым растворителœем на мольную долю растворителя (первый закон Рауля, 1887 ᴦ.).

Уравнению (2.55) можно придать несколько иной вид. Так как х I = 1 – х 2 (где х 2 - мольная доля растворенного вещества), то

р 1 = р 0 1 (1-х 2)= р 0 1 –р 0 1 х 2 или р 0 1 –р 1 = р 0 1 х 2

р 0 1 –р 1 / р 0 1 = х 2

Любая жидкость начинает кипеть при температуре, при которой давление ее насыщенного пара достигает величины внешнего давления. Т кип – Т, при которой давление пара= 101,3 кПа.Вода кипит при 100 С, т.к. давление в этой точке на фазовой диаграмме равно 1 атм. По закону Рауля если ввести в р-р нелœетучий компонент давление пара понизится. Теперь уже нужно нагреть р-р выше 100 с, чтобы довести давление до 1 атм.

Т зам – Т, при которой давление пара вода = давлении е пара льда = 613 Па.

DТ=Тр-р–Тр-ль=Ес m , с m –моляльность растворенного вещества, Е –эбулиоскопическая постоянная р-ля.

Дать диаграмму.

Кристаллы растворителя будут находиться в равновесии с раствором только тогда, когда давление насыщенного пара над кристаллами и над раствором одинаково. Поскольку давление пара растворителя над раствором всœегда ниже, чем над чистым растворителœем, температура, отвечающая этому условию, всœегда будет более низкой, чем температура замерзания чистого растворителя. При этом понижение температуры замерзания раствора ΔT зам не зависит от природы растворенного вещества и определяется лишь соотношением числа частиц растворителя и растворенного вещества.

Можно показать, что понижение температуры замерзания раствора ΔT зам прямо пропорционально моляльной концентрации раствора:

Второй закон Рауля : Повышение Ткип и понижение Тзам р-ра пропорциональны числу частиц растворенного вещества и не зависят от его природы.

Температура замерзания раствора. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Температура замерзания раствора." 2014, 2015.

Кристаллы растворителя будут находиться в равновесии с раствором только тогда, когда давление насыщенного пара над кристаллами и над раствором одинаково. Поскольку давление пара растворителя над раствором всегда ниже, чем над чистым растворителем, температура, отвечающая этому условию, всегда будет более низкой, чем температура замерзания чистого растворителя. При этом понижение температуры замерзания раствора ΔT зам не зависит от природы растворенного вещества и определяется лишь соотношением числа частиц растворителя и растворенного вещества.

Можно показать, что понижение температуры замерзания раствора ΔT зам прямо пропорционально моляльной концентрации раствора:

Второй закон Рауля : Повышение Ткип и понижение Тзам р-ра пропорциональны числу частиц растворенного вещества и не зависят от его природы.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Лекция № 5. Фазовые равновесия. Растворы неэлектролитов

Газообразное состояние вещества характеризуется слабым взаимодействием между частицами и большими расстояниями между ними Поэтому газы смешиваются... Общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений всех входящих в...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Лекция № 5. Фазовые равновесия. Растворы неэлектролитов.
Фазовые равновесия. На прошлой лекции мы рассмотрели химическое равновесие, константу равновесия, ее связь с т.д. величинами и факторы, влияющие на сдвиг равновесия.

Двухкомпонентные системы.
Раствор – гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов, состав которой может непрерывно изменяться в некоторых пределах без скачкообразного изменения её свойс

Образование раствора
Образование раствора является сложным физико-химическим процессом. Процесс растворения всегда сопровождается увеличением энтропии системы; при образовании растворов часто имеет место выделение либо

Растворимость
Процесс растворения связан с диффузией, т. е. с самопроизвольным распределением частиц одного вещества между частицами другого. При внесении растворяемого вещества в растворитель процесс растворени

Растворимость газов в жидкостях
Растворимость газов в жидкостях зависит от ряда факторов: природы газа и жидкости, давления, температуры, концентрации растворенных в жидкости веществ (особенно сильно влияет на растворимость газов

Растворы неэлектролитов.
Свойства растворов рассматривают на примере разбавленных растворов, при образовании которых тепловой и объемный эффекты равны 0 (идеальные растворы). В таких растворах частица находятся на большом

Относительное понижение давления насыщенного пара над раствором равно мольной доле растворенного вещества.
Любая жидкость начинает кипеть при температуре, при которой давление ее насыщенного пара достигает величины внешнего давления. Т кип – Т, при которой давление пара= 101,3 кПа.Вода кипит при 100 С,

Осмотическое давление
Если разделить два раствора с различной концентрацией полупроницаемой перегородкой, пропускающей молекулы растворителя, но препятствующей переходу частиц растворённого вещества, будет наблюдаться я

Главная » Отделочные работы » Понижение температуру замерзания растворов. Температура замерзания растворов