TTÜ Keemia ja biotehnoloogia instituut Keemia osakond YKI0022 Laboritöö võtted Laboratoorne Töö pealkiri: töö nr. Keedusoola määramine liiva-soola segus Õpperühm: Töö teostaja: Õppejõud: Töö teostatud: Protokoll esitatud: Protokoll arvestatud: Eesmärk Lahuse valmistamine tahketest ainetest, ainete eraldamine segust, kasutades nende erinevat lahustuvust, keedusoola protsendilisuse määramine liiva-soola segus Kasutatavad ained Tahe naatriumkloriid segus liivaga, kuivatatud 105°C juures konstantse kaaluni. Töövahendid Kkeeduklaas, klaaspulk, lehter, kooniline kolb, mõõtesilinder (250 cm³), areomeeter, filterpaber ja tehnilised kaalud Katse arvutused Katsetulemused Aine A m(liiv)+soolasegu= 7g V = 250 cm³ = 0,250 dm³ = 1,010 g/cm³ = 1,0090 g/cm³ = 1,0126 g/cm³ C% = 1,50% C% = 2,00% (andmed on võtnud juhendi tabelist) ...
kristallikese lisamine) liigne ainehulk eraldub. Väljasadenemine- lahustunud aine eraldumine lahusest Henry seadus- gaasi lahustuvus vedelikus on proportsionaalses sõltuvuses gaasi osarõhuga lahuse kohal. Cm=kh*p · Massiprotsent maine *100 C% = mlahus · Molaarne konsentratsioon(CM) naine m * Vlahus CM = = aine Vlahus M aine · Molaalsus (Cm) n aine Cm = mlahusti · Moolimurd (Cx) naine Cx = naine + nlahusti · Normaalne konsentratsioon naine m * Vlahus Cn = = aine Vlahus E aine 2 Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid:
(nn Henry konstant). Lahustunud aine hulka kindlas lahuse või lahusti koguses nimetatakse lahuse kontsentratsiooniks. 1. Massiprotsent (ehk protsendilisus) (C%) Massiprotsent näitab lahustunud aine massi sajas massiosas lahuses. C%= 2. Molaarne kontsentratsioon (CM) Molaarne kontsentratsioon näitab lahustunud aine moolide arvu ühes kuupdetsimeetris (ühes liitris) lahuses. CM= 3. Molaalsus (Cm) Molaalsus näitab lahustunud aine moolide arvu 1 kilogrammis lahustis. C m= 4. Moolimurd (CX) Moolimurd näitab lahustunud aine moolide arvu suhet lahusti ja kõikide lahustunud ainete moolide arvu summasse. CX= 5. ppm (parts per million) ppm näitab lahustunud aine massiosade arvu miljonis (106) massiosas lahuses. Kui ppm-ides
Massiprotsent × 100 % Dissotsiatsioonimäär Aine mass m=c × M m= n × M pH= - log |H| pH=pK log |H|= |H|=K × [HO] = pOH= - log |OH¯| |OH¯|= Molaarmass M = V × Cm M= M= Molaalsus Cm= Cm= Ruumala V= V= Konsentratsioon C= C= C= Happe ja soola suhe: = Moolide arv n= n=C×V Entalpia H= U+nRT H=G+TS Siseenergia U=H-nRT U= q - w Gibbsi vabaenergia G=H-TS G= -nFE G=Gr°+ RT ln Q Entroopia S=R ln S= S=nc ln S= nR ln S= nR ln Kiirus v = v=K×C(a)×C(b) v(t2)= v(t1) × Poolestusaeg t= t(e,k) = i× K(e,k) × Cm (elektrolüütide puhul i= × (produktide ioonide arv -1) + 1 Osmootne rõhk = i × Cm × RT Tasakaalukonstant Ka= lnK= lnK = ln = × - ) K2= K1 ×
B Element E'mõõdet Zn/ZnCl2//KCl//AgCl/Ag 0,978 -0,742 Ag/AgCl//KCl//CuCl2/Cu 0,093 0,329 C Ioonide Elektrood keskmine Molaalsus molaalsus Aktiivsustegur m m± ± Zn/Zn2+ 0,1 0,159 0,515 Cu/Cu 2+ 1 1,587 0,417 Arvutused: 1. m±(CuCl2)= m±(ZnCl2)= 4m m±(ZnCl2)= 0,1*4= 0,1587 m±(CuCl2)=1*4= 1,587 2
Lahuse massi ja mahu seob lahuse tihedus. Lahuse tihedus näitab lahuse ühe ruumalaühiku massi. Ja lahustunud aine massi leidmiseks saab kahest eelmisest valemist tuletada seose: 2) Molaarne kontsentratsioon (CM) - Molaarne kontsentratsioon näitab lahustunud aine moolide arvu ühes kuupdetsimeetris (ühes liitris) lahuses 2 Lahustunud aine massi saab leida: 3) Molaalsus (Cm) Molaalsus näitab lahustunud aine moolide arvu 1 kilogrammis lahustis: NB! Murru nimetajas lahusti (vee) mass kilogrammides. 4) Moolimurd ( Moolimurd näitab lahustunud aine moolide arvu suhet lahusti ja kõikide lahustunud ainete moolide arvu summasse. Kui lahus koosneb lahustist ja vaid ühest lahustunud ainest, siis Mitut lahustunud ainet sisaldava lahuse korral tuleb murru nimetajas liita nende kõikide moolide arvud
Siin asendame: ja Seega: Aururõhu suhteline langus on võrdne lahustunud aine moolimurruga lahuses. Lahustunud aine molaarmassi leidmiseks on vaja teada aururõhu langust. Sageli kasutatakse selle asemel lahuse keemistäpi tõusu või külmumistäpi langust. Lahjendatud lahuse külmumistemperatuuri alanemine on võrdeline lahuse molaalsusega. Kus: lahuse külmumistäpi alanemine lahusti krüoskoopiline konstant Molaalsus avaldub: Mittedissotseeruvate ja mitteassotsieeruvate ainete molaarmassi võib määrata krüoskoopiliselt valemiga: lahustunud aine hulk grammides 1000 g lahusti kohta. Molaalsus saame avaldada massiprotsentidega: Siit avaldan molaarmassi M: Graafikud Joonis . Destilleeritud vee ja uuritava lahuse jahtumiskõverad Katseandmed
maine( g) V gaas (dm 3) n aine(mol) naine= naine = C M= g dm 3 V lahus( dm 3) M aine( ) V m( ) mol mol Ja lahustunud aine massi saab leida Maine=Vlahus* CM*Maine 3. Molaalsus (Cm) Molaalsus näitab lahustunud aine moolide arvu 1 kg lahustis n aine(mol) C m= mol/kg m ahusti(kg) 4. Moolimurd (Cx) n aine Cx= n aine+ nlahusti Mitut lahustunud ainet sisaldava lahuse korral tuleb murru nimetajas liita nende kõikide moolide arvud n aine1 Cx= n aine 1+n aine 2+…+n lahusti 5. ppm (parts per million) ppm näitab lahustunud aine massiosade arvu miljonis (106) massiosas lahuses. Kasutatakse
Leitakse soola mass: mlahus C % m NaCl = 100% Teades algset sool-liiva segu massi ja soola massi, leitakse soola protsent segus: m NaCl 100% P% NaCl = m segu Kontsentratsiooni väljendatakse ka teistes väljendusviisides: 1) Molaarsus - molaarne kontsentratsioon näitab lahustunud aine moolide arvu ühes kuupdetsimeetris (ühes liitris) lahuses. n mol C M = aine Vlahus dm 3 2) Molaalsus - molaalsus näitab lahustunud aine moolide arvu 1 kilogrammis lahustis. n mol C m = aine mlahusti kg 3) Moolimurd - moolimurd näitab lahustunud aine moolide arvu suhet lahusti ja kõikide lahustunud ainete moolide arvu summasse. naine CX = n aine + nlahusti 4) Normaalsus - näitab lahustunud aine ekvivalentide arvu ühes liitris lahuses.
Element E'mõõdetud mõõdetud = Ag/AgCl/KCl ± E'mõõdetud mõõdetud - teoreetiline (1) Ag/AgCl//KCl//KCl/CuCl2/Cu 0,033 V 0,241 + 0,033 = 0,274 V 0,274 0,299 = -0,025 Küll. 1m 0,1m (2) Zn/ZnCl2//KCl//KCl/AgCl/Ag 0,961 V 0,241 - 0,961 = -0,720 V -0,720 (-0,803) = 0,083 0,1m 1m Küll. C. Elektroodide potentsiaalide arvutus Elektrood Molaalsus Aktiivsustegur Aktiivsus Normaalpotentsiaal teoreetiline m ± a± 0 2+ (1) Zn/Zn 0,1 0,515 0,0515 -0,765 V -0,8030 V 0,0819 -0.7971 V 2+ (2) Cu/Cu 0,1 0,508 0,0508 0,337 V 0,2988 V
Lahustunud aine hulka kindlas lahuse või lahusti koguses nimetatakse lahuse kontsentratsiooniks. 1. Massiprotsent (ehk protsendilisus) (C%) Massiprotsent näitab lahustunud aine massi sajas massiosas lahuses. C%= 2. Molaarne kontsentratsioon (CM) Molaarne kontsentratsioon näitab lahustunud aine moolide arvu ühes kuupdetsimeetris (ühes liitris) lahuses. CM= 3. Molaalsus (Cm) Molaalsus näitab lahustunud aine moolide arvu 1 kilogrammis lahustis. Cm= 4. Moolimurd (CX) Moolimurd näitab lahustunud aine moolide arvu suhet lahusti ja kõikide lahustunud ainete moolide arvu summasse. CX= 5. ppm (parts per million) ppm näitab lahustunud aine massiosade arvu miljonis (106) massiosas lahuses. Kui ppm-ides
homogeenne süsteem. Massiprotsent (ehk protsendilisus) (C%) Massiprotsent näitab lahustunud aine massi sajas massiosas lahuses Lahuse massi ja mahu seob lahuse tihedus. Lahuse tihedus näitab lahuse ühe ruumalaühiku massi Lahustunud aine massi leidmiseks saab tuletada seose Molaarne kontsentratsioon (CM) Molaarne kontsentratsioon näitab lahustunud aine moolide arvu ühes dm 3 (ühes liitris) lahuses. Lahustunud aine massi saab leida Molaalsus (Cm) Molaalsus näitab lahustunud aine moolide arvu 1 kilogrammis lahustis Moolimurd (CX) Moolimurd näitab lahustunud aine moolide arvu suhet lahusti ja kõikide lahustunud ainete moolide arvu summasse. Kui lahus koosneb lahustist ja vaid ühest lahustunud ainest, siis Normaalne kontsentratsioon (Cn) Praeguseks vananenud mõiste, kuid leiab sageli kasutamist analüütilises keemias. Näitab lahustunud aine ekvivalentide (van. vaal) arvu ühes liitris lahuses kus,
aine moolimurruga lahuses. Lahustunud aine molekulmassi leidmiseks on vaja teada aururõhu langust . Sageli kasutatakse selle asemel lahuse keemistäpi või külmumistäpi langust. Lahusti ja lahuse külmumistemperatuuride vahelist erinevust nimetatakse külmumistemperatuuride languseks: Lahjendatud lahuse külmumistemperatuuri alanemine on võrdeline lahuse molaalsusega: , kus T on lahuse külmumistäpi alanemine, m on lahuse molaalsus ja Kk on krüoskoopiline konstant, mis on võrdne külmumistemperatuuri langusega, kui lahuse molaalsus on 1. Leitav käsiraamatust. kus Tk on lahusti külmumistemperatuur, Hs on lahusti molaarne sulamissoojus, Mi on lahusti molekulmass ja R on universaalne gaasikonstant. Isotoonilisustegur i väljendab lahuses olevate molekulide ja ioonide üldarvu ja lahustumiseks võetud molekulide arvu suhet. Kui tuua sisse isotoonilisustegur, saame külmumistäpi alanemiseks:
Töö eesmärk Lahus on kahest või enamast komponendist (lahustunud ained, lahusti) koosnev homogeenne süsteem. Lahuste valmistamine tahketest ainetest, kontsentratsiooni määramine tiheduse kaudu, ainete eraldamine segust, kasutades nende erinevat lahustuvust. Sissejuhatus Lahustunud aine hulka kindlas lahuse või lahusti koguses (mahus) nimetatakse lahuse kontsentratsiooniks. Kontsetratsiooni väljendamiseks kasutatakse järgmiseid suurusi: Molaalsus (lahustatud aine hulk moolides ühe kilogrammi lahusti kohta). Molaarne kontsetratsioon (lahustatud aine moolide arv ühes lahuse ruumalaühikus). Moolimurd (lahustatud aine moolide arvu suhe lahusti ja kõikide lahustunud ainete moolide arvu summasse). Massiprotsent (näitab lahustunud aine massi sajas massiosas lahuses) Normaalsus (lahustunud aine ekvivalentide arv ühes liitris lahuses) ppm (parts per million) näitab lahustunud aine massiosade arvu miljonis massiosas lahuses.
· 1 mõõdetud tihedusest väiksem tihedus tabelis. · 2 mõõdetud tihedusest suurem tihedus tabelis. · C otsitav massiprotsent. C = C1 + (C2 - C1)( - 1) / ( 2 - 1)= = 1,00% + (1,50% - 1,00%) / (1,0050 g/cm3 - 1,0054 g/cm3) * (1,006 g/cm3 - 1,0054 g/cm3) = 0,999925% 5. Arvutan NaCl'i massiprotsendi soola ja liiva segus. CNaCl = mNaCl / msegu = (1,006 g/cm3 * 250 cm3 * (0,999925% /100%)) / 5,01 g 50,1% 6. Liiva ja keedusoola segu molaalsus, molaarsus, moolimurd, normaalsus ja tihedus. Molaarsuse arvutamise lihtsustamiseks viin andmed üle 1L ekvivalendile. mNaCl = Vlahus * lahus * C% / 100% = 1 ,006g/cm3 * 250 cm3 * (0,999925% / 100%)= 2,51 g mNaCl = 2,51 * 4 = 10,04 g Vlahus = 0,250cm3 * 4 = 1 dm3 Cm molaalsus: Cm = naine /mlahusti = (10,04 g / 58,5 g/mol) / 1 kg 0,172 mol/kg CM molaarsus: CM = naine / Vlahus = (10,04 g / 58,5 g/mol) / 0,25 l 0,69 M
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. R(Tao ) 2 Mi R(Tko ) 2 Mi Ke = ja Ke = Ha 1000 Hs 1000 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.
aine moolimurruga lahuses. Lahustunud aine molekulmassi leidmiseks on tarvis teada aururõhu langust . Sageli kasutatakse selle asemel lahuse keemistäpi tõusu või külmumistäpi langust. Siinkohal esitame mõned võrrandid: - Lahjendatud lahuse külmumistemperatuuri alanemine (või keemistäpi tõus) on võrdeline lahuse molaalsusega T = K Cm kus T on lahuse külmumistäpi alanemine (või keemistäpi tõus), m on lahuse molaalsus, K (Kk või Ke) on lahusti krüoskoopiline (või ebullioskoopiline) konstant. RTk2 M Tk = Cm = K k C m H s 1000 RTa2 M Ta = C m = K e Cm H a 1000 kus Ta ja Tk on vastavalt lahusti keemistemperatuur ja külmumistemperatuur. Ha ja Hs on vastavalt lahusti molaarne auramissoojus ja sulamissoojus. M on lahusti molekulmass, R universaalne gaasikonstant. KATSETULEMUSED Parameeter
Sageli kasutatakse selle asemel lahuse keemistäpi tõusu või külmumistäpi langust (vaata Palm, Past FK lk. 179185). Lahjendatud mitteelektrolüüdi lahuse külmumistemperatuuri alanemine (või keemistäpi tõus) on võrdeline lahuse molaalse kontsentratsiooniga T = K Cm (4) kus T lahuse külmumistäpi alanemine (või keemistäpi tõus), K Cm lahuse molaalsus, mol/kg K (Kk või Ke) lahusti krüoskoopiline (või ebullioskoopiline) konstant. RTk2 M Tk = Cm = K k Cm H s 1000 (5) RTa2 M Ta = Cm = K e Cm H a 1000 (6) kus Ta ja Tk vastavalt lahusti keemistemperatuur ja külmumistemperatuur, K
100% · MC lahuse molaarne kontsentratsioon (molaarsus) (mol/dm3) W% - lahustunud aine protsendiline sisaldus lahuses M molaarmass (g/mol) tihedus (g/dm3) Lahuse tihedus: lahuse tihedus (g/cm3) m lahuse mass (g) V lahuse ruumala (dm3) MOLAALSUS Molaalse kontsentratsioni kaudu väljendadakse lahustunud aine moolide arvu 1000 grammis lahustis. Lahuse molaalne kontsentratsioon: · 1000 mC lahuse molaarne kontsentratsioon (molaarsus) (mol/dm3) m mass (g) n moolide arv MOOLARVUTUS Aine moolide arvu leidmine:
(nn Henry konstant). Lahustunud aine hulka kindlas lahuse või lahusti koguses nimetatakse lahuse kontsentratsiooniks. 1. Massiprotsent (ehk protsendilisus) (C%) Massiprotsent näitab lahustunud aine massi sajas massiosas lahuses. C%= 2. Molaarne kontsentratsioon (CM) Molaarne kontsentratsioon näitab lahustunud aine moolide arvu ühes kuupdetsimeetris (ühes liitris) lahuses. CM= 3. Molaalsus (Cm) Molaalsus näitab lahustunud aine moolide arvu 1 kilogrammis lahustis. C m= 4. Moolimurd (CX) Moolimurd näitab lahustunud aine moolide arvu suhet lahusti ja kõikide lahustunud ainete moolide arvu summasse. CX= 5. ppm (parts per million) ppm näitab lahustunud aine massiosade arvu miljonis (106) massiosas lahuses. Kui ppm-ides
Lahustunud aine massi leidmiseks: V lahuslahusC mlahusC maine= = 100 100 Molaarse kontsentratsiooni leidmine: naine (mol ) C M= V lahus (dm 3) maine (g) naine = g M aine ( ) mol V 0 gaas (dm 3 ) naine = dm 3 Vm ( ) mol Lahustunud aine massi saab leida: maine=V lahusC MM aine Molaalsus: naine (mol) Cm = mlahusti (kg) Normaalne kontsentratsioon: naine (ekv ) Cn = V lahus ( dm3 ) maine (g) naine= ekv g Eaine( ) ekv Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid, ained Kasutatud ained: Naatriumkloriid segus liivaga. Töövahendid: Kaalud, kuiv keeduklaas, klaaspulk, lehter, kooniline kolb, mõõtesilinder (250cm3), areomeeter, filterpaber.
naine [mol ] maine [ mol ] C M= = V la hus [dm 3 ] M aine [ g /mol ] ∙V lahus [ dm 3 ] 1.5 maine [g] naine = M aine [ g /mol] V 0 gaas [ dm 3 ] naine= 3 V m [dm /mol] Lahustunud aine massi saab leida maine=V la h us ∙C M ∙ M aine 1.6 Molaalsus (Cm) Molaalsus näitab lahustunud aine moolide arvu 1 kilogrammis lahustis naine [mol] maine [ g ] Cm = = 1.7 mla h usti [kg] M aine ∙ [ g /mol ] (m −m l ahus aine ) [ kg ] Moolimurd (CX) Moolimurd näitab lahustunud aine moolide arvu suhet lahusti ja kõikide lahustunud ainete moolide arvu summasse. Kui lahus koosneb lahustist ja vaid ühest lahustunud ainest, siis
Tabel 2 Jrk nr Element E'mõõdet mõõdet=Ag/AgCl/KCl±E'mõõdet mõõdet-teor 1 Cd/CdSO4//KCl//AgCl/Ag 0,641 -0,442 0,0186 0,05m 2 Ag/AgCl//KCl//CuCl2/Cu 0,079 0,278 -0,0225 0,05m C Elektroodide potentsiaalide arvutus Tabel 3 Jrk nr Elektrood Molaalsus Aktiivsustegur Aktiivsus Normaalpotentsiaal teor M ± a± 0 1 Cd/Cd2+ 0,05 0,206 0,0103 -0,402 -0,4606 2 Cu/Cu2+ 0,05 0,577 0,0458 0,34 0,3005 Kui elektroodil toimub reaktsioon OksOks + ze- = RedRed
Tabel 2 Jrk nr Element E’mõõdet φmõõdet=φAg/AgCl/KCl±E’mõõdet φmõõdet-φteor 1 Cd/CdSO4//KCl//AgCl/Ag 0,641 -0,442 0,0186 0,05m 2 Ag/AgCl//KCl//CuCl2/Cu 0,079 0,278 -0,0225 0,05m C Elektroodide potentsiaalide arvutus Tabel 3 Jrk nr Elektrood Molaalsus Aktiivsustegur Aktiivsus Normaalpotentsiaal φteor M γ± a± φ0 1 Cd/Cd2+ 0,05 0,206 0,0103 -0,402 -0,4606 2 Cu/Cu2+ 0,05 0,577 0,0458 0,34 0,3005 Kui elektroodil toimub reaktsioon OksOks + ze- = RedRed
kukkuda. Peale mõõtmist pesta areomeeter kraaniveega, loputada destilleeritud veega ning kindlasti kuivatada. 1. Leida tabelist NaCl protsendiline sisaldus lahuses, kasutades lineaarset interpoleerimist. 2. Arvutada mõõtmistulemuste (lahuse maht ja tihedus) järgi lahuses oleva naatriumkloriidi mass ning NaCl protsendiline sisaldus liiva ja soola segus. 3. Arvutada naatriumkloriidi sisaldus lahuses järgmistes kontsentratsiooni väljendusviisides: molaarsus, molaalsus, moolimurd, normaalsus, g/dm3, kg/m3. Katsetulemused: o mõõdetud tihedus 1,020 g/cm3 o 1 sellest väiksem tihedus tabelis 1,0019 g/cm3 o 2 sellest suurem tihedus tabelis 1,0054 g/cm3 o C%1 massiprotsent, mis vastab tihedusele 1 0,50 % o C%2 massiprotsent, mis vastab tihedusele 2 1,50 % o V = 250 ml = 250 cm3
Sageli kasutatakse selle asemel lahuse keemistäpi tõusu või külmumistäpi langust (vaata Palm, Past FK lk. 179185). Lahjendatud mitteelektrolüüdi lahuse külmumistemperatuuri alanemine (või keemistäpi tõus) on võrdeline lahuse molaalse kontsentratsiooniga T = K Cm (4) kus T lahuse külmumistäpi alanemine (või keemistäpi tõus), K Cm lahuse molaalsus, mol/kg K (Kk või Ke) lahusti krüoskoopiline (või ebullioskoopiline) konstant. RTk2 M Tk = Cm = K k Cm H s 1000 (5) RTa2 M Ta = Cm = K e Cm H a 1000 (6) kus
ning kindlasti kuivatada. Leida tabelist NaCl protsendiline sisaldus lahuses, kasutades lineaarset interpoleerimist. Arvutada mõõtmistulemuste (lahuse maht ja tihedus) järgi lahuses oleva naatriumkloriidi mass ning NaCl protsendiline sisaldus liiva ja soola segus. Arvutada naatriumkloriidi sisaldus lahuses järgmistes kontsentratsiooni väljendusviisides: molaarsus, molaalsus, moolimurd, normaalsus, g/dm3, kg/m3. Katsetulemused: mõõdetud tihedus 1,0051 g/cm3 1 sellest väiksem tihedus tabelis 1,0019 g/cm3 2 sellest suurem tihedus tabelis 1,0054 g/cm3 C%1 massiprotsent, mis vastab tihedusele 1 0,50 % C%2 massiprotsent, mis vastab tihedusele 2 1,0 % V = 250 ml = 250 cm3 Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs: Leian otsitava massiprotsendi C%:
RT ln K a E0 = zF (10) ja temperatuuril 298 K zE 0 log Ka = 0,059 (11) Aktiivsuste arvutamine Kui + ja on katioonide ja anioonide arv elektrolüüdi valemis, siis on ioonide üldine arv = + + ioonide molaalsused m+ = m+; m = m ioonide aktiivsused a+ = +m+; a = m Keskmine molaalsus ja keskmine aktiivsustegur 1 m = m ( + + - - ) 1 = ( + + - - ) Keskmine ioonne aktiivsus a = m 1 a = m ( - - ) + +
tihedus. Lahuse tihedus näitab ainemassi sajas massiosas lahuses lahuse ühe ruumalaühiku massi 2. Molaarne kontsentratsioon (CM) Molaarne kontsentratsioon näitab Lahustunud aine massi saab leida lahustunud aine moolide arvu ühes kuupdetsimeetris (ühes liitris) lahuses 3. Molaalsus (Cm) Molaalsus näitab lahustunud aine moolide arvu 1 kilogrammis lahustis 4. Moolimurd (CX) Mitut lahustunud ainet sisaldava Moolimurd näitab lahustunud aine lahuse korral tuleb murru nimetajas moolide arvu suhet lahusti ja kõikide liita nende kõikide moolide arvud lahustunud ainete moolide arvu summasse. Kui lahus koosneb lahustist ja vaid ühest lahustunud ainest, siis 5. ppm (parts per million)
veega ning kuivatan. Leian tabelist NaCl protsendilise sisalduse lahuses, kasutades lineaarset interpoleerimist. Arvutan mõõtmistulemuste (lahuse maht ja tihedus) järgi lahuses oleva naatriumkloriidi massi ning NaCl protsendilise sisaldus liiva ja soola segus. Arvutan naatriumkloriidi sisalduse lahuses järgmistes kontsentratsiooni väljendusviisides: molaarsus, molaalsus, moolimurd, normaalsus, g/dm3, kg/m3. Katsetulemused: mõõdetud tihedus 1,0124 g/cm3 1 sellest väiksem tihedus tabelis 1,0090 g/cm3 2 sellest suurem tihedus tabelis 1,0161 g/cm3 C% otsitav massiprotsent 1,98% 2,00% C%1 massiprotsent, mis vastab tihedusele 1 1,50% C%2 massiprotsent, mis vastab tihedusele 2 2,50% V = 250 ml = 250 cm3
ja temperatuuril 298 K zE 0 0,059 log Ka = (11) Aktiivsuste arvutamine Kui + ja on katioonide ja anioonide arv elektrolüüdi valemis, siis on ioonide üldine arv = + + ioonide molaalsused m+ = m+; m = m ioonide aktiivsused a+ = +m+; a = m Keskmine molaalsus ja keskmine aktiivsustegur 1 m = m 1 = Keskmine ioonne aktiivsus a = m 1
Kristallivõre energia – energia erinevus kristalli moodustavate ioonide tihepakendite ja gaasifaasis üksteisest lõpmata kaugel paiknevate ioonide vahel e 2 N A ∨z 2 z 1∨ ¿ 4 πd ε 0 Valem: E p =-A× ¿ A – Madelungi konstant Võreenergia on suur, kui 1) ioonilaengud on suured ja 2) kaugused ioonide vahel on väikesed. Inertpaari efekt – omadus moodustada ioone, mille laeng on 2 võrra väiksem valentselektronide arvust Molaalsus ehk molaalne kontsentratsioon – näitab lahustunud aine moolide arvu ühe kilogrammi lahusti kohta nlahus Valem: Cm = mlahusti n – 1 mol m – 1 kg Lewis'e struktuurid – harjutan!!!, molekuli elektronasetus ja ruumiline struktuur, nimetused ja sidemetevaheliste nurkade väärtused, resonants ja resonantsstruktuurid A X n Em VSEPRi valem: Lewis'i okteti reegel: kovalentsete sidemete moodustamisel saavutavad aatomid väärisgaasi
0,1m 2 Ag/AgCl//KCl//CuCl2/Cu 0,061 0,297 0,000 0,05m C Elektroodide potentsiaalide arvutus Tabel 3 Ioonide keskmine Normaal- Elektrood teor Molaalsu molaalsus Aktiivsustegur Aktiivsus potentsiaa sm m± ± a± l 0 - 0,45 Cd/CdSO4 0,1 0,100 0,150 0,015 -0,402 6
1. Zn|ZnSO4 ||KCl||AgCl|Ag 0,987V 0,241-0,987=-0,746V -0,746+0,817= 0,071 2. Ag|AgCl||KCl||CuSO4 |Cu 0,083V 0,241+0,083=0,324V 0,324-0,284= 0,04 Tabel C. Elektroodide potentsiaalide arvutus Jrk. Elektrood Molaalsus Aktiivsustegur Aktiivsus Normaal- teoreet m ± a± potentsiaal 0 1. Zn/Zn2+ 0,1 0,150 0,015 -0,763 -0,817 2. Cu/Cu2+ 0,1 0,154 0,0154 0,337 0,284 3. Ag/AgCl/KCl küll. 0,77 0,077 0,241 0,2V =0 + 0,059/z *log a
teatud koguses lahustis nimetatakse lahustumissoojuseks. Gaaside lahustuvus - Gaaside lahustuvus väheneb temperatuuri tõusuga ja suureneb rõhu kasvuga. Gaaside lahustuvus vees väheneb, kui vesi sisaldab lahustunud soolasid. Henry seadus - Gaasi lahustuvus vedelikus on proportsionaalses sõltuvuses gaasi osarõhuga lahuse kohal. Cm=kh*p · Massiprotsent m * 100 C % = aine mlahus · Molaarne konsentratsioon(CM) · Molaalsus (Cm) n C m = aine mlahusti · Moolimurd (Cx) naine Cx = naine + nlahusti · Normaalne konsentratsioon n m *V C n = aine = aine lahus Vlahus E aine Eksperimentaalne töö 1 NaCl sisalduse määramine liiva ja soola segus Töö eesmärk Lahuste valmistamine tahketest ainetest, kontsentratsiooni määramine tiheduse kaudu, ainete eraldamine segust, kasutades nende erinevat lahustuvust. Kasutatavad ained
= 0,117 2 Ag/AgCl/KCl//KCl//CuSO4/Cu 0,075 0,241 + 0,075 = 0,316 0,316-0,287 küll. 1m 0,2m V = 0,029 Arvutused on tehtud kasutades MS Excelit valemite järgi, mis on nähtaval tabeli päises C. Elektroodide potentsiaalide arvutus Jrk.nr. Elektrood Molaalsus Aktiivsustegur Aktiivsus Normaal- teor m ± a± potentsiaal 0 1 Zn/Zn+2 0,05 0,56 0,048 -0,763 -0,802 2 Cu/Cu2+ 0,2 0,104 0,0208 0,337 0,287
2 Ag/AgCl//KCl/CuCl2/Cu 0,083V 0,284 Ag/AgCl/KCl = 0,199 V φm õõ detud(Cd)=φ Ag/ AgCl / KCl −E ' mõõ detud =0,199−0,653=−0 , 454 V φm õõ detud(Cu) =φ Ag / AgCl / KCl + E ' m õõ detud =0,199+ 0,083=0 , 282 V m õõ detud(Cd )−¿ φteoreetiline(Cd)=−0,454−(−0,4616 ) =0 , 0076V φ¿ C. Elektroodide potentsiaalide arvutus Jrk.nr. Elektrood Molaalsus Aktiivsustegur Aktiivsus Normaalpotentsiaal φteor m γ± a± φ0 1 Cd/Cd2+ 0,1 0,206 0,0206 -0,403 -0,4527V 2 Cu/Cu2+ 0,05 0,508 0,0403 0,337 0,2958V Aktiivsusteguri γ leidsin käsiraamatust.
lahuse tihedusest ρ väiksema ρ 1 ja suurema ρ 2 tiheduse ning ka neile vastavad massiprotsendid C%1 ja C%2. Hakkasin saadud mõõtmistulemuste järgi tegma arvutusi. Arvutasin otsitava massiprotsendi C% : Arvutasin lahuses oleva NaCl massi maine: Arvutasin NaCl protsendilise sisalduse liiva ja soola segus: ArvutasinNaCl sisalduse lahuses järgmistes kontsentratsiooni väljendusviisides: Molaarsus: Molaalsus: Moolimurd: Normaalsus: g/dm3 Kg/m3 Kokkuvõte või järeldused. Katse ja arvutuste tulemusena sain lahuse tiheduseks ρ=1,011 g/mol ning massiprotsendiks C%=1,9 %. Katse sooritasin enda arvates edukalt esimese korraga, kuna vastavad arvutused tundusid klappivat õppejõu poolt välja arvutatutega, seega kordus katset polnud vaja teha. Kasutatud kirjanduse loetelu. Praktikumi juhend.
1 CdCdSO4KClAg 0,639 V -0,440 0,0216 ClAg 0,05m AgAgClKClCuC 2 l2Cu 0,085 V 0,284 -0,0207 0,1m Ag/AgCl/KCl = 0,199 V C. Elektroodide potentsiaalide arvutus Aktiivsusteg Aktiivsu Normaalpotentsia Molaalsus Jrk nr Elektrood ur s al teoreetiline m ± a± 0 1 Cd/Cd2+ 0,05 0,206 0,0103 -0,403 -0,4616 2 Cu/Cu2+ 0,1 0,508 0,0806 0,337 0,3047 Aktiivsusteguri leidsin käsiraamatust. Aktiivsuse saab arvutada valemi kohaselt.
Arvutan NaCl protsendilise sisalduse liiva ja soola segus Esialgne liiva-soola segu mass 6,17g ( mõõdetud) NaCl sisaldus 3,08g/6,17g * 100% = 50% Arvutada naatriumkloriidi sisaldus lahuses järgmistes kontsentratsiooni väljendusviisides: Tallinna Tehnikaülikool 2011 M (NaCl) = 58,5g/mol M (NaCl) = 3,08 n(NaCl) = 3,08g/58,5g/mol = 0,052 mol V(lahus) = 250 cm3 (lahus) = 1,0079 g/cm3 · molaarsus, CM= n (aine)/V (lahus) = 0,05 mol /0,25 dm3 = 0,2 · molaalsus m (lahus)= V lahus * (lahus) m (lahus) = 250 cm3 * 1,0079 g/ cm3 = 251,9g = 0,249 g Cm= n (aine) / m (lahusti) => 0,05 mol / 0,249 kg = 0,2 mol / kg · moolimurd, Cx= n (aine) / n (aine) + n (lahusti) n(lahusti) = m (H20) / M (H20) => 248,82 g / 18 g/mol = 13,8 mol Cx= 0,05 mol/ 0,05+13.8mol = 0,0036 normaalsus, g/dm3, n (aine) = 0,05 / 0,250 = 0,2 g-ekv / dm3
B. Elektroodide potentsiaalide mõõtmine Jrk. Element E´mõõdet mõõdet=Ag/AgCl/KCl±E´mõõdet mõõdet teor nr. 1 Cd/CdSO4//KCl//KCl/AgCl/Ag 0,646 -0,44801 0,00469 0,1m 2 Ag/AgCl//KCl//KCl/CuCl2/Cu 0,068 0,26599 -0,03141 0,05m C. Elektroodide potentsiaalide arvutus Jrk.nr. Elektrood Molaalsus m± Aktiivsustegur Aktiivsu Normaalpotentsiaal teor m ± s 0 a± 1 Cd/Cd+2 0,1 0,1 0,206 0,0206 -0,403 -0,4527
Arvutame NaCl protsendiline sisaldus liiva ja soola segus. CNaCl%,segu= (mNaCl/msegu)*100% CNaCl%,segu=(5,577g/10g) *100%=55,77% Arvutame naatriumkloriidi sisaldus lahuses järgmistes kontsentratsiooni väljendusviisides: molaarsus CM=naine/Vlahus naine= maine/ Maine Maine=Ar(Na)+Ar(Cl) Maine=23+35,5=58,5g/mol naine=5,577g/58,5g/mol=0,095mol CM=(0,095mol/0,25dm3)=0,38mol/dm3 Arvutame naatriumkloriidi sisaldus lahuses järgmistes kontsentratsiooni väljendusviisides: molaalsus Cm= naine/ mlahusti Cm= 1000*maine/ Maine *(Vlahus*lahus - maine) Cm=1000*5,577g/(58,5g/mol*(250cm3*1,014g/cm3-5,577g)=0,385mol/kg Arvutame naatriumkloriidi sisaldus lahuses järgmistes kontsentratsiooni väljendusviisides: moolimurd Cx= naine/ (nlahusti+naine) Cx= naine/((Vlahus*lahus- maine)/Mlahusti)+naine) Mlahus=M(H20)=18g/mol Cx=0,095mol/(((250cm3*1,014g/cm3-5,577g)/18g/mol)+ 0,095mol)= 0,095/ (0,095+13,7735)=0,006874=6,874*10-3
lahustub. Küllastunud lahus- lahus, mis sis. antud temperatuuril ja rõhul maksimaalse koguse lahustunud ainet (tasakaaluolek) Üleküllastunud lahus- aeglasel jahutamisel saadud ebapüsiv süsteem, mis sisaldab lahustunud ainet üle lahustuvusega määratud koguse. Massiprotsent (C%) näitab lahustunud aine massi sajas massiosas lahuses. Ühik: protsent. Molaarsus (CM) näitab lahustunud aine moolide arvu ühes kuupdetsimeetris (1 liitris) lahuses. Ühik: mol/dm3, mol/l. Molaalsus (Cm) näitab lahustunud aine moolide arvu 1 kilogrammis lahustis. Ühik: mol/kg. Moolimurd (Cx) näitab lahustunud aine moolide arvu suhet lahusti ja kõikide lahustunud ainete moolide arvu summasse. Kui lahus koosneb lahustist ja vaid ühest lahustunud ainest, siis: Cx=naine/ (naine+nlahusti). Mitu lahustunud ainet sisaldava lahuse korral Cx=naine1/(naine1+naine2+..nlahusti) Mooliprotsent (C%, mol) näitab, mitu % moodustab lahustunud aine moolide arv lahuse moolide arvust. Ühik: %.
Sissejuhatus: Massiprotsent (C%) näitab lahustunud aine massi sajas massiosas lahuses Molaarne kontsentratsioon (CM) näitab lahustunud aine moolide arvu ühes kuupdetsimeetris (ühes liitris) lahuses Molaalsus (Cm) näitab lahustunud aine moolide arvu 1 kilogrammis lahustis Moolimurd (CX) näitab lahustunud aine moolide arvu suhet lahusti ja kõikide lahustunud ainete moolide arvu summasse Kontsentratsiooni arvutamise valem: V y∙C y С x= ; x – aine, mille kontsentratsioon otsime tiitrimiusega, y – tilkudega lisatav Vx aine Esimene katse Töö ülesande: Määrata NaCl kotsentratsiooni liiva ja soola segus.
3 0,025 385 0,0855254545 0,0034210182 32,9273 suhteline viga l 0,04044 Dissotsiatsiooniaste Näiline dis. konstant K 0,0395255347 0,0001626558 0,0628745957 0,0002109224 0,0845949105 0,0001954408 Keskmine: 0,000189673 7,0389417313 Elektrood Molaalsus Aktiivsustegur Aktiivsus Normaalpotentsi aal m ± a± 0 +2 Zn/Zn 0,05 0,56 0,0484974226 -0,763 Cu/Cu2+ 0,2 0,104 0,0208 0,337 Ag/AgCl/KCl 1 0,77 0,77 0,241
1. Zn/ZnSO4//KCl//KCl/AgCl/A 0,955 0,2252 0,955 = - g -0,730 V 0,730+0,813=0,0830 2. Ag|AgCl||KCl||KCl|CuCl2|Cu 0,079 (-)mõõdet = 0,2252 0,3042-0,3048=- +0,079 = 0,3042 V 0,0006 C. Elektroodide potentsiaalide arvutus Jrk.nr. Elektrood Molaalsus Aktiivsustegur Aktiivsus Normaalpotentsiaal teor m ± a± 0 +2 Zn/Zn 0,2 0,104 0,0208 -0,763 -0,813 Cu2+/Cu 0,159 0,508 0,337 0,3048 0,0808
Segu – komponente on võimalik füüsikaliste meetoditega eraldada; koostis varieerub; omadused on seotud komponentide omadustega Ühend – komponente pole võimalik füüsikaliste meetoditega eraldada; kindel koostis, omadused ei sarnane komponentide omadustega Homogeenne segu – lahused; komponendid on eristamatud Heterogeenne segu – komponendid eristatavad kas palja silmaga või mikroskoobiga Molaarsus – lahustunud aine moolide arv ühes liitris lahuses (ühik M) Molaalsus – lahustunud aine moolide arv ühes kilogrammis lahustis (ühik m) Elektrolüüt – esineb lahuses ja sulas olekus ioonidena Hape Alus Arrhenius Sisaldab vesinikku ja Annab veega reageerides annab reaktsioonil veega hüdroksiidiooni veisinikiooni Brönsted-Lowry Prootoni (vesinikiooni) Prootoni (vesinikiooni)
Segu komponente on võimalik füüsikaliste meetoditega eraldada; koostis varieerub; omadused on seotud komponentide omadustega Ühend komponente pole võimalik füüsikaliste meetoditega eraldada; kindel koostis, omadused ei sarnane komponentide omadustega Homogeenne segu lahused; komponendid on eristamatud Heterogeenne segu komponendid eristatavad kas palja silmaga või mikroskoobiga Molaarsus lahustunud aine moolide arv ühes liitris lahuses (ühik M) Molaalsus lahustunud aine moolide arv ühes kilogrammis lahustis (ühik m) Elektrolüüt esineb lahuses ja sulas olekus ioonidena Hape Alus Arrhenius Sisaldab vesinikku ja Annab veega reageerides annab reaktsioonil veega hüdroksiidiooni veisinikiooni Brönsted-Lowry Prootoni (vesinikiooni) Prootoni (vesinikiooni)
lahuses. Lahustunud aine molekulmassi leidmiseks on tarvis teada aururõhu langust . Sageli kasutatakse selle asemel lahuse keemistäpi tõusu või külmumistäpi langust. 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. 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, milline väljendab lahuses olevate molekulide ja ioonide üldarvu ja lahustumiseks võetud molekulide arvu suhet, saame näiteks külmumistäpi alanemiseks T = Kkim.
𝑔 𝑚 6,674 𝑔 𝑀(𝑁𝑎𝐶𝑙) = 23 + 35,5 = 58,5 𝑛= = = 0,11 𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝑀 58,5 𝑔/𝑚𝑜𝑙 𝑛 0,11 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑀 = = = 0,44 𝑚𝑜𝑙/𝑙 𝑉 0,25 𝑙 Lahuse molaalsus: 𝑛 0,11 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑚 = = = 0,45 𝑚𝑜𝑙/𝑘𝑔 𝑚 𝑙𝑎ℎ𝑢𝑠𝑡𝑖 0,243 𝑘𝑔 𝑚 𝐻2 𝑂 = 250 𝑔 − 6,674 𝑔 = 243,32 𝑔 = 0,243 𝑘𝑔 Lahuse moolimurd: 𝑛𝑎𝑖𝑛𝑒 0,11 𝑚𝑜𝑙
annaabi.ee 
