Установки, прилади, лабораторний посуд, реактиви

Кріоскоп (мікрохолодильник), випрямлювач постійного струму, термометр Бекмана, пробірка, мішалка, вода, сіль.

Мікрохолодильник використовують для одержування низьких температур за допомогою термоелектричної батареї. Під час проходження постійного струму крізь контакт різнорідних провідників в залежності від напрямку струму виділяється або поглинається деяка кількість теплоти. В патрон мікрохолодильника вставляють пробірку з широким горлом, закривають її корком, в який вставлено термометр Бекмана та мішалку.

Термометр Бекмана використовують для визначення відносної температури, має ціну поділки 0,01 ºС. Він із великою точністю вимірює малі зміни температури. Лаборант налаштовує термометр для кріометричних вимірювань.

Порядок виконання роботи

1. В суху широкогорлу пробірку наливають таку кількість розчинника, щоб його рівень був вищий ртутної кульки термометра на 8–10 мм. Поміщений в пробірку з рідиною термометр з мішалкою треба встановити так, щоб відстань між ртутною кулькою і стінками пробірки була приблизно однаковою знизу і з боків. Потім термометр витягують з пробірки і вимірюють об’єм цієї рідини мірним циліндром. Вважаючи, що густина води дорівнює одиниці, визначають масу розчинника g₁.

2. Пробірку з розчинником, термометром та мішалкою встановлюють в патрон мікрохолодильника і при постійному перемішуванні охолоджують розчинник, за термометром Бекмана визначають зниження температури з часом до встановлення рівноваги (до сталої температури, дослід повторюють двічі).

3. Будують термограму охолодження і визначають температуру замерзання розчинника Т₃⁰, тобто коли в рівновазі знаходяться три фази пара–вода–лід (рис. 3.1). Коли замерзне вся вода іде переохолодження льоду.

4. Виймають з пробірки термометр. Отримують робочу сіль і в широкогорлу пробірку вносять речовину, що розчиняється шляхом висипання із попередньо зваженої на технічних терезах маленької пробірки. Потім маленьку пробірку знову зважують. За різницею визначають масу наважки розчиненої речовини g₂.

5. При постійному перемішуванні охолоджують розчин і за термометром Бекмана визначають зниження температури з часом до встановлення рівноваги (дослід повторюють двічі), фіксують температуру замерзання розчину Т₃¹.

6. Будують термограму охолодження і визначають температуру замерзання розчину Т₃¹ (рис. 3.2). Розбіжність між двома послідовними вимірами не повинна перевищувати 0,01 ºС.

Опрацювання результатів

1. Обчислюють зниження температури замерзання розчину за рівнянням 3.8.

2. При визначенні істинної молярної маси електролітів кріометричним методом, необхідно використовувати органічні розчинники, в яких розчинена речовина не дисоціює. Обчислюють молярну масу розчиненої речовини за рівнянням 3.13.

3. Порівнюють одержані значення молярної маси з довідковими значеннями, що знаходяться у лаборанта.

4. Якщо розчинена речовина неелектроліт, визначають похибку вимірювань і на цьому роботу закінчують.

5. Якщо розчинена речовина електроліт, визначена молярна маса буде “уявною”, тобто значно меншою за дійсне значення за рахунок процесу дисоціації розчиненої речовини. Тому знаходять відношення .

6. Знаючи і (ізотонічний коефіцієнт), можна визначити ступінь дисоціації за рівнянням 3.16.

7. Активність реальних розчинів менше їх концентрації. Обчислюють коефіцієнт активності та активність розчиненої речовини за рівняннями 3.17 і 3.19.

Питання для самоперевірки

1. сформулюйте закон Рауля. Для яких розчинів справджується закон Рауля?

2. Властивості якого компоненту розчину (розчиненої речовини чи розчинника) визначають кріоскопічну сталу?

3. Поясніть взаємозв’язок між зниженням тиску насиченої пари розчинника над розчином із зниженням температури замерзання розчину.

4. Поясніть зміст поняття “уявна” молярна маса розчиненої речовини.

5. Як обчислити молярну масу розчиненої речовини – неелектроліту за зниженням температури замерзання розчину?

6. Як визначити ступінь дисоціації слабкого електроліту за зниженням температури замерзання розчину?

7. Особливості термометра Бекмана. З якою точністю і в яких межах можна проводити виміри цим приладом?

8. Як практично визначити температуру замерзання розчину? Як визначити зниження температури замерзання розчину порівняно з розчинником?

9. Які величини можна розрахувати після експериментального визначення температури замерзання розчину?

 

Лабораторна робота №4

ЕЛЕКТРОПРОВІДНІСТЬ РОЗЧИНІВ ЕЛЕКТРОЛІТІВ

Мета роботи -ознайомитися з класичним методом визначення електропровідності розчинів слабких та сильних електролітів та навчитися розраховувати питому та еквіваленту електропровідності розчинів електролітів, ступінь та константу дисоціації розчинів слабких електролітів та коефіцієнт електропровідності сильних електролітів.

Теоретичні відомості

За електричною провідністю розрізняють провідники першого і другого роду. До перших належать всі метали та їх сплави, а до других – розчини і розплави електролітів. В розчинах електролітів електричний струм проводиться за допомогою іонів, які переміщуються до відповідних електродів.

Згідно з теорією Арреніуса, молекули електролітів у водних розчинах дисоціюють на іони, які і переносять електричний струм. Одні електроліти дисоціюють в розчинах повністю (сильні), інші частково (слабкі). Електрична провідність слабких електролітів визначається в основному ступенем дисоціації, яка залежить від концентрації електроліту і температури.

Властивість систем проводити електричний струм визначається опором або електричною провідністю. Опір R провідника пропорційний його довжині l (м) і обернено пропорційний площині поперечного перерізу S (м²).

(4.1)

Коефіцієнт пропорційності r (Ом×м), який дорівнює опору провідника при l = 1 м і S=1м² називається питомим опором.

Електрична провідність – величина, обернена опору, Ом^-1:

(4.2)

а питомa електричнa провідність – величина, обернена питомому опору, См/м:

(4.3)

Питома електрична провідність електроліту – електрична провідність розчину об’ємом 1 м³, що міститься між двома паралельними електродами, площа кожного з яких становить 1 м².

Питома електрична провідність являє собою струм, який переноситься через одиницю поперечного перерізу при градієнті потенціалу 1 В/м. Питома електрична провідність визначається швидкістю пересування іонів (рухливістю), їх концентраціями в розчині і температурою.

Еквівалентна електрична провідність (молярна) визначається як електрична провідність розчину, в об’ємі якого міститься 1 г-екв розчиненого електроліту і який розміщений між двома паралельними металевими провідниками, віддаленими один від одного на 1 м, [См×м² /моль].

(4.4)

де j = 1/С -розведення, тобто число літрів розчину, в якому міститься 1 г-екв розчиненої речовини. Враховуючи швидкість руху іонів (катіонів та аніонів) , ступінь дисоціації електроліту , коефіцієнт електропровідності , можна записати:

(4.5)

де F - стала Фарадея

Прийнявши до уваги, що рухливість катіонів іаніонів , маємо

(4.6)

Наведені формули для питомої і еквівалентної електричної провідності не характеризують їх залежність від концентрації (рис.4.1).

Питома електрична провідність розчинів зростає зі збільшенням концентрації електролітів, тому що відповідно в 1 мл об’єму збільшується

кількість переносників електричного струму – іонів. Як видно з рис. 4.1, для слабких електролітів при деякій концентрації питома електрична

Рис. 4.1. Залежність питомої електричної провідності від концентрації розчину сильного та слабкого електроліту	провідність зменшується, тому що зменшується ступінь їх дисоціації. Для сильних електролітів із збільшенням концентрації зменшується відстань між іонами, внаслідок чого зростає взаємне гальмування і, відповідно, зменшується швидкість руху іонів. Крім того, зі збільшенням концентрації електроліту зростає в’язкість розчину, що також гальмує рух іонів.
Рис. 4.2. Залежність еквівалентної електричної провідності від розведення розчину	Еквівалентна електрична провідність слабких і сильних електролітів (рис. 4.2) збільшується з розведенням: для слабких – внаслідок збільшення ступеню дисоціації електроліту, для сильних – внаслідок зростання рухливості іонів.