Füüsikaline keemia labor 5 (1)

TTÜ Materjaliteaduse Instituut
Füüsikalise keemia õppetool
Töö nr. 5
LAHUSTUNUD ELEKTROLÜÜDI ISOTOONILISUSTEGURI KRÜOSKOOPILINE MÄÄRAMINE
Üliõpliane:
Kood:
Töö teostatud
Töö ülesanne. Töös mõõdetakse vee ja teadaoleva kontsentrat­siooniga elektrolüüdi vesilahuse külmumistemperatuurid. Lahuse külmumistemperatuuri langusest arvutatakse isotoonilisustegur . Nõrga elektrolüüdi puhul arvutatakse ka dissotsiatsiooniaste .
Teooria

Lahjendatud lahuste üldised füüsikalised omadused

Lahjendatu lahus koosneb vedelast lahustist ja temas lahustunud mittelenduvast ainest. Lahjendatud lahuste üldiste omaduste all mõistetakse neid lahjendatud lahuste omadusi, mis sõltuvad lahustist, kuid ei sõltu lahustunud aine omadustest.
Raoult ’i seadus: Mittelenduva aine lahjendatud lahuse aururõhk p on võrdne lahusti aururõhuga lahuse kohal.
p = p1 = pX1 (1)
kus X1 on lahusti moolimurd lahuses.
Läheme üle lahustunud aine kontsentratsioonile
X2 = 1 – X1 (2)
Asendades esimesest võrrandist X1 teise võrrandisse, saame
= X2 (3)
See on Raoult’i seaduse rakenduslik kuju: aururõhu suhteline langus on võrdne lahustunud aine mooli­ murruga lahuses. Lahustunud aine molekulmassi leidmiseks on tarvis teada aururõhu langust p10 – p . Sageli kasutatakse selle asemel lahuse keemistäpi tõusu või külmumistäpi langust (vaata Palm Past FK lk. 179 – 185). Lahuse külmumine ja keemine on lühidalt esitatud ka Ott Piksarv Talts “Keemia ülesannete kogu” lk. 186 – 190. Siinkohal esitame mõned võrrandid:
- Lahjendatud lahuse külmumistemperatuuri alanemine (või keemistäpi tõus) on võrdeline lahuse molaalsusega T = Km, kus T on lahuse külmumistäpi alanemine (või keemistäpi tõus),
m on lahuse molaalsus , K (Kk või Ke) on lahusti krüoskoopiline (või ebullioskoopiline) konstant.
Ke =
ja Ke =
kus
Ta ja Tk on vastavalt lahusti keemistemperatuur ja külmumistemperatuur.
Ha ja Hs on vastavalt lahusti molaarne auramissoojus ja sulamissoojus .
Mi on lahusti molekulmass , R universaalne gaasikonstant .

• tuues sisse isotoonilisusteguri i, mis väljendab lahuses olevate molekulide ja ioonide üldarvu ja lahustumiseks võetud molekulide arvu suhet, saame näiteks külmumistäpi alanemiseks
  

T = Kkim.

• Kui iga molekul võib dissotsieeruda  iooniks , siis dissotsatsiooniaste  avaldub
  

i = (-1)+1,
millest
(4)
Aparatuur . Mikrojahuti, termopaar (sama, mis 3. töös). Jahutamiseks kasutatakse laboratoorset pooljuhtidel töötavat mikrojahutit.
Katse käik. Katses määratakse puhta lahusti ja uuritava aine kindla kontsentratsiooniga lahuse külmumistemperatuurid.
Mikrojahuti lülitab sisse laborant . Tuleb jälgida, et jahutusvee kraan oleks avatud. Avariisignaallambi süttimisel tuleb jahuti välja lülitada ja teatada sellest laborandile või praktikumi juhendajale.
Temperatuuri mõõtmiseks kasutatakse termopaari, mis sukeldatakse mõõdetavasse lahusesse. Termopaar koosneb kahest erinevast metallist traadist, millel on kaks ühenduskohta (jootekohta). Üks ühenduskoht sukeldatakse lahusesse, teise temperatuur on fikseeritud (antud katses toatemperatuuril). Kui termopaari ühenduskohtade temperatuurid on erinevad, tekib ühenduskohtade vahel pinge ( termo -elektromotoorne jõud), mis on võrdeline temperatuuride vahega. Selle pinge alusel saabki määrata lahuse temperatuuri.
Katse. Algul mõõdetakse puhta lahusti külmumistemperatuur. Lahustit valatakse katseklaasi 1 kuni 1,5 cm paksuse kihina ja asetatakse kohale termopaar nii, et ta ulatub kindlalt vedelikku. Katseklaas asetatakse jahutisse ning alustatakse temperatuuri fikseerimist.
Tavaliselt toimub enne lahusti kristallisatsiooni allajahtumine. Kristallisatsioonisoojuse eraldumisel tõuseb temperatuur tõelise külmumistemperatuurini. Pärast allajahtumist esinev maksimaalne temperatuur (puhta lahusti korral jääb see teatud ajaks püsima) ongi külmumistemperatuur. Paralleelkatseks võetakse katseklaas lahustiga jahutist välja, soojendatakse käes kuni kristallide sulamiseni ja alustatakse uut määramist. Katseid korratakse, kuni tulemused ei erine üle 0,01 kraadi.
Edasi määratakse uuritava aine lahuse külmumistemperatuur. Uuritava aine kindla kontsentratsiooniga lahus saadakse praktikumi juhendajalt või valmistatakse ise lihvkorgiga suletavasse kolbi. Viimasel juhul kaalutakse lahusti tehnilistel kaaludel täpsusega 0,01 g, uuritav aine sõltuvalt kontsentratsioonist kas analüütilistel või tehnilistel kaaludel.
Katseklaas loputatakse lahusega; seejärel valatakse lahust katseklaasi umbes 1,5 cm paksuse lahusekihina. Termopaar kuivatatakse filterpaberiga ja asetatakse lahusesse. Määratakse lahuse külmumistemperatuur nagu lahusti korral (kõrgeim temperatuur pärast allajahtumist). Tugeva allajahtumise vältimiseks võib lahusesse lasta lahusti kristallikese. Katset korratakse, kuni tulemused ei erine üle 0,01 kraadi.
Eeldatavad tulemused:
Andmete töötlemine
Katseliselt leitud Tk alusel saame uuritava lahuse isotoonilisuse teguri i .
kus
Kui uuritava lahuse kontsentratsioon on antud massiprotsentides, siis viime selle üle molaalsuseks.
Lõppkokkuvõttes esitatakse katseandmed alljärgnevalt:
Kasutatud lahusti vesi
Lahustatud aine KNO3
Lahusti krüoskoopiline konstant 1,86 kgK/mol
Lahusti külmumistemperatuur T0 = a) 0,600C b) 0,610C
Lahuse külmumistemperatuur T = a) -1.940C b) -1,960C
Lahuse külmumistemperatuuri langus Tk = T0 - T = 2,555 K
Lahuse protsentkontsentratsioon C% = 8%
Lahuse molaalsus
mol/L
M=39,1+14,0+16*3=101,1 g/mol
Isotoonilisustegur
i =
Dissotsiatsiooniaste
Järeldus:
Lahuse isotoonilisustegur on 1,60 ja dissotsiatsiooniaste on 0,6 aga puhta aine dissotsiatsiooniaste on ligikaudu 1. Termopaar võis olla kallibreerimata ning sellega võis kaasneda viga.