, chemia fizyczna, ebulioskopia.doc

1. Wstęp teoretyczny

Jedną z konsekwencji prawa Raoulta jest podwyższenie temperatury wrzenia roztworu w stosunku do temperatury wrzenia czystego rozpuszczalnika. Zmiana ta jest proporcjonalna do stężenia molarnego substancji rozpuszczonej, a współczynnik proporcjonalności w tej zależności to tzw. stała ebulioskopowa E.

ΔTw = E·m = E·                                                             

ms - masa substancji rozpuszczonej

mr - masa rozpuszczalnika

Ms - masa molowa substancji rozpuszczonej

Stała ebulioskopowa ma wymiar temperatury i oznacza przyrost temperatury wrzenia roztworu o stężeniu molarnym = 1 [mol/kg] i zależy tylko od rodzaju rozpuszczalnika. Wartość stałej E można także wyliczyć z równania:

Zależność prężności pary rozpuszczalnika

nad czystym rozpuszczalnikiem (p0r),

roztworem (pr) i fazą stałą (p0r st) od

temperatury.

W celu wyprowadzenia wzoru na stałą E należy zastosować równanie Clauciusa-Clapeyrona w postaci: − całkując funkcje od T0w. do T w i od p4 do p5 otrzymujemy: , gdzie p5 oznacza prężność pary nad czystym rozpuszczalnikiem w T0 w (p0r), a p4 − prężność pary rozpuszczalnika nad roztworem w tej temperaturze (pr). Przyjmując w przybliżeniu ΔT0 w = Tw· T0 w: → .

Temperatura wrzenia roztworu ( temp., w której ciśnienie pary nasyconej nad roztworem jest równe ciśnieniu zewnętrznemu) jest wyższa od temperatury wrzenia czystego rozpuszczalnika o ΔTw = T0w - Tw.

Z prawa Raoulta wynika, że wielkość lnmożna zastąpić przez -lnxr. Rozwijając tę funkcję w szereg potęgowy i zatrzymując dwa pierwsze jego wyrazy otrzymujemy, że: -lnxr 1 – xr = xs. W przypadku roztworów rozcieńczonych xs = . Jeżeli molarność roztworu o masie molowej Mr wynosi m, to: ns = m, nr = , xs = = ln.

Ostatecznie otrzymujemy wzór ebuliometryczny dla idealnego roztworu rozcieńczonego: → E = =                                          

ΔHpar jest entalpią parowania 1 kg rozpuszczalnika, Δpar entalpią molową.

Ebuliometria zajmuje się pomiarami opartymi na wyznaczaniu temperatur wrzenia i kondensacji układów jedno i wieloskładnikowych, które tworzą co najmniej jedną fazę ciekłą. Ze względu na zjawisko przegrzewania się cieczy nie ustala się dokładnej temperatury wrzenia, a jedynie różnice między temperaturami wrzenia poszczególnych roztworów.

Metodami ebuliometrycznymi można oznaczyć różne wielkości fizykochemiczne jak: temperaturę wrzenia, stopień czystości substancji ciekłych, zmiany temperatury wrzenia roztworów w zależności od stężenia, stałą ebulioskopową rozpuszczalnika, masę cząsteczkową substancji nielotnej tworzącej roztwór doskonały i inne.

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia był pomiar różnicy temperatur wrzenia acetonu cz.d.a. i roztworu tioacetamidu w acetonie oraz wyznaczenie masy molowej tioacetamidu na podstawie dokonanych pomiarów.

3. Zadane parametry

E doświadczalna acetonu = 1,480

E teoretyczna acetonu = 1,762

ΔTteoretyczna = 1º

Mtioacetamidu = 79 [g/mol]

4. Sposób wykonania ćwiczenia

Do pomiarów ebuliometrycznych używa się specjalnych przyrządów zwanych ebuliometrami. W doświadczeniu używany był ebuliometr Świętosławskiego i termometr różnicowy Beckmana.

Ebuliometr Świętosławskiego (rys. obok)

Ciecz, której temperaturę wrzenia należy oznaczyć, wprowadza się do ebuliometru w ilości dostatecznej do wypełniania zbiornika A. Ogrzewając ten zbiornik doprowadza się ciecz do wrzenia. Tworząca się para przedostaje się na ścianki zbiornika B wypełnionego rtęcią, który w ten sposób ogrzewa się do temperatury wrzenia roztworu. Temperaturę odczytuje się na termometrze zanurzonym w zbiorniku B. Skraplające się pary spływają z powrotem przez rurkę C do zbiornika A. Pewne ilości pary przedostają się do chłodnicy i skroplone spływają bocznym przelew P. W rurce r ustala się równowaga termiczna cieczy z parą i tam ciecz traci ciepło przegrzania.

Do przygotowanego ebuliometru (zakręcone krany, woda podłączona do chłodnicy) wlano (przez chłodnicę) 50 cm3 czystego acetonu, włączono prąd i doprowadzono aceton do wrzenia. Następnie, zapisywano co 15 sekund położenie na termometrze Beckmana w celu ustalenia położenia odpowiadającego temperaturze wrzenia acetonu → wyniki i wykres w punkcie 5. Po wykonaniu tego pomiaru wyłączono grzanie.

Później sporządzono naważkę tioacetamidu w ilości, jaka powinna zmienić temperaturę wrzenia roztworu o 1º, rozpuszczono ją w części acetonu zlanego z ebuliometru. Tak otrzymany roztwór wlano do ebuliometru i z powrotem podłączono grzanie. Po doprowadzeniu cieczy do wrzenia i ustaleniu się równowagi zapisywano, jak poprzednio, położenie na termometrze co 15 sekund → wyniki poniżej.

5. Wyniki pomiarów