В В Приседський, В М Виноградов, О І Волкова - Курс загальної хімії у прикладах - страница 26

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67 

 

Лік = Ке Cm (12.4)

і

 

Лїз = Кк Cm, (12.5)

де Ке і Кк є коефіцієнтами пропорційності, які називаються так: Ке -ебуліоскопічна константа, Кк - кріоскопічна константа. Це сталі величини, числове значення яких визначається тільки природою розчинника. Який фізичний сенс цих констант? З наведених співвідношень видно, що при Cm = 1 моль/кг Лґк = Ке, а Лґз = Кк, тобто Ке і Кк відповідно дорівнюють підвищенню температури кипіння або зниженню температури замерзання одномоляльного розчину.

Наприклад, для води Ке = 0,52 Ккг/моль, а Кк = 1,86 Ккг/моль.

При перерахунку температур кипіння і кристалізації для розчинів електролітів необхідно ввести ізотонічний коефіцієнт i

Лґ/ = i Ке Cm, (12.6)

 

Л*з' = i Кк Cm. (12.7)

Звідси випливає, що

 

 

 

 

На співвідношеннях між концентрацією розчину і його температурами кипіння і кристалізації засновано два експериментальні методи визначення молярної маси (М2) речовин, що здатні розчинятись (ебуліоскопія і кріоскопія).

Оскільки

C = m2 ■Ю3 M 2 m1

 

Dtк =                 2        

M2 m1
i Ке m2 ■ІО3 At 'к- mi


(12.8)i Кк m2 ■ІО3


(12.9)Для розчинів неелектролітів i = 1.

Слід зазначити, що розглянуті залежності колігативних властивостей від концентрації виконуються не для всіх розчинів. Розчини, які підкоряються закону Рауля у всьому інтервалі концентрацій, називаються ідеальними. В ідеальному розчині частинки компонентів 1 і 2 близькі за характеристиками міжмолекулярних взаємодій (1-1, 2-2, 1-2). Прикладом ідеального розчину є система бензол С6Н6 - толуол СбН5СН3. У багатьох випадках встановлені Раулем закономірності можна використовувати з достатньою точністю для реальних розбавлених розчинів, в яких частинки розчиненої речовини оточені лише молекулами розчинника і тому істотні тільки взаємодії 1-1 і 1-2 (взаємодії частинок 2-2 практично відсутні).

Приклад 12.1. У 200 г води розчинили 18 г карбаміду CO(NH2)2. Обчислить температуру кипіння і температуру кристалізації отриманого розчину, а також тиск водяної пари над цим розчином при 20°С, якщо тиск насиченої пари над водою при даній температурі 17,53 мм рт.ст.

Розв'язання. а) Обчислення температури кипіння розчину. Для цього слід використовувати залежність підвищення точки кипіння розчину від його концентрації, а саме (карбамід - це неелектроліт, i = 1)

 

 

 

Обчислимо Cm:


Молекулярна маса карбаміду М2 = 60 г/моль.Ебуліоскопічна константа Ке для води дорівнює 0,52 К кг/моль. Отже:

 

Аґк = 0,52-1,5 = 0,78 К = 0,78°С,

tK = tK* + Ак = 100 + 0,78 = 100,78°С.

б)  Обчислення температури кристалізації розчину. Для цього слід
використовувати залежність зниження температури кристалізації розчину від
його концентрації

 

Оскільки Cm = 1,5 моль/кг, а Кк = 1,86 К-кг/моль, то

Аtз = 1,86 - 1,5 = 2,79°.

Звідси

t3 = t* - Аtз = 0 - 2,79 = -2,79°С.

в)  Обчислення тиску пари розчинника над розчином в даному випадку
зручно проводити за законом
Рауля у формі рівняння (12.3)

p = p * -N1.

За умовами завдання р* = 17,53 мм рт.ст. Обчислимо мольну частку N1 води у розчині:

mx 200
n = —- =-------- = 11,11 моль,

1     M1 18

 

n2 = —— = — = 0,30 моль,

2      M2 60

N1                    =    11,11    = 0,974.

1   n1 + n2   11,11 + 0,3

Отже

p = p * -N1 = 17,53 - 0,974 = 17,07 мм рт.ст.

 

Приклад 12.2. Розчин, що містить 4,5 г невідомої речовини в 500 г води, кристалізується при -0,279°С. Вимірювання показують, що електропровідність цього розчину невисока. Обчислить молярну масу розчиненої речовини.

Розв'язання. Використовуємо рівняння (12.9) для неелектроліту (/ = 1), оскільки розчин електроліту мав би значну електропровідність

 

Кк - m2 -103

M2 =■ ^ '"2At3 = t3* - t3 = 0 - (-0,279) = 0,279°.

Підставляючи дані умови завдання: m2 = 4,5 г, m1 = 500 г і величину кріоскопічної константи води Кк = 1,86 Ккг/моль, обчислюємо:

 

^    1,86 ■ 4,5 103   ^ ,

M2 =                           = 60 г/моль .

2     0,279 ■ 500

 

Приклад 12.3. У 200 г бензолу розчинили 30 г оцтової кислоти. Температура кристалізації отриманого розчину -7,25°С. Обчислить кріоскопічну константу бензолу, якщо відомо, що точка плавлення бензолу дорівнює 5,50°С.

Розв язання. Використовуємо взаємозв'язок між зниженням температури кристалізації розчину і його моляльною концентрацією:

А       Кк ^ Cm.

Обчислимо At.,^

Atз = 5,50 - (-7,25) = 12,75°.

Обчислимо Cm

C = m2 ■Ю3 M 2 m1

Оскільки М2 = М(СН3СООН) = 60 г/моль, то

30 10000 .

Cm =                  = 3,5 моль/кг .

m     60■200

Отже

Кк6Н6) = — =12,75 = 5,1 к ■ кг/моль .

Cm 2,5

Колігативні властивості розбавлених розчинів неелектролітів і електролітів (при однаковій їх моляльності) взаємозв'язані між собою через ізотонічний коефіцієнт /:

Ap    Аґ    At' р

i _ __ г _____ к _       з _        г осм

Ap   At    At р

к          з осм

Ізотонічний коефіцієнт i, а, отже, і величини, що характеризують властивості електролітів, можна обчислити, якщо відомий ступінь дисоціації електроліту а, що показує частку розчинених молекул, які розпалися на іони.Якщо було розчинено N молекул, то на іони розпалося aN молекул. Прийнявши, що кожна молекула розпадається на n іонів, отримуємо, що число іонів, що утворилися, дорівнює aNn. Оскільки на іони не розпалися (N - aN) молекул, то загальне число частинок (молекул, іонів) N розчині електроліту дорівнює:

N = N - aN + aNn = N (1 - a + an)

^   .       .   N      .   N(1 -a + an) „ .
Оскільки і = —, то і = —-------------------- . Звідси

NN

і = 1 + a(n - 1)

і

і -1

a =

n-1

 

Приклад 12.4. Розрахуйте, при якій температурі почнеться кристалізація розчину, отриманого розчиненням 3,4 г хлориду цинку в 500 г води, якщо ступінь дисоціації солі 78,5%.

Розв'язання. За законом Рауля для температури замерзання розчину електроліту

 

 

 

Обчислимо і. Враховуючи рівняння дисоціації

 

ZnCl2 Zn2+ + 2Cl-

для ZnCl2 n = 3, отже

і = 1 + a(n - 1) = 1 + 0,785 • (3 - 1) = 2,57. Моляльна концентрація розчину (М2 = М (ZnCl2) = 136 г/моль):

= ^ =                                 = 0,05 моль/кг.

m   M2 m1    136 • 500

Для води Кк = 1,86 Ккг/моль. Обчислюємо остаточно

At/ = 2,57'1,86'0,05 = 0,239 К ґ/ = t* - At/ = 0 - 0239 = - 0,239°С.Осмотичний тиск розчинів

При контакті розчину з чистим розчинником унаслідок теплового руху відбувається дифузія частинок з розчину в розчинник і у зворотному напрямі. В результаті цих двох протилежно направлених процесів через деякий час відбувається вирівнювання концентрації розчиненої речовини і розчинника у всьому об'ємі системи. Аналогічне явище протікає і при контакті двох розчинів різної концентрації.

Якщо між розчином і розчинником або між двома розчинами з різною концентрацією помістити напівпроникну пористу перегородку, через яку можуть проникати тільки маленькі молекули розчинника, то за одиницю часу з шару розчинника (або більш розбавленого розчину) в шар розчину проникатиме більше молекул розчинника, ніж у зворотному напрямі, тобто відбуватиметься    одностороння   дифузія    молекул   розчинника через

3

напівпроникну перегородку. Таке явище називається осмосом. Унаслідок осмосу об'єм більш концентрованого розчину збільшується за рахунок розбавлення його розчинником і здійснюється робота, яку називають осмотичною. Напівпроникна перегородка зазнає додаткового тиску П, який називається осмотичним тиском.

Рис.12.3. Схема осмосу

Схематична ілюстрація явища осмосу наведена на рис.12.3: I, II - розчини з концентрацією відповідно С1 і С2 (С1 < С2); 1 - напівпроникна перегородка; 2 - початковий рівень розчинів; 3 -рівноважний рівень розчинів. Унаслідок осмосу рівень рідини в лівому коліні підніматиметься, а в правому - опускатиметься, доки гідростатичний тиск стовпа рідини висотою h не перешкодить переважній дифузії розчинника із правого коліна в ліве. У цей момент наступить динамічна рівновага і зміна рівнів рідини припиниться. Рушійна сила осмосу врівноважується осмотичним тиском П, що дорівнює гідростатичному тиску стовпа рідини h, тобто П = h р, де р - густина розчину.

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67 


Похожие статьи

В В Приседський, В М Виноградов, О І Волкова - Курс загальної хімії у прикладах