Προσδιορισμός της Γραμμομοριακής Μάζας ουσίας με την μέθοδο της Κρυοσκοπίας

Transcript

1 Προσδιορισμός της Γραμμομοριακής Μάζας ουσίας με την μέθοδο της Κρυοσκοπίας ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΙ ΙΔΑΝΙΚΟΥ ΔΙΑΛΥΜΑΤΟΣ ΜΕΘ ΕΤΕΡΑΣ ΦΑΣΕΩΣ ΕΚ ΚΑΘΑΡΟΥ ΔΙΑΛΥΤΟΥ Προσδιορισμός μοριακού βάρους κρυοσκοπικώς

2 Γραμμομοριακή Μάζα, Μ Μονάδες στο S.I. kg mol -1 Συνήθως σε g mol -1

3 Αθροιστικές Ιδιότητες Διαλυμάτων Μείωση της τάσης ατμών του διαλύτη Ανύψωση του Σημείου Ζέσεως του διαλύτη Ταπείνωση του Σημείου Πήξεως του διαλύτη Εμφάνιση Ωσμωτικής Πίεσης Σε αραιά διαλύματα ( ιδανικά) οι ιδιότητες αυτές εξαρτώνται από τη φύση του διαλύτη δεν εξαρτώνται από τη φύση των διαλυμένων σωματιδίων εξαρτώνται από τον λόγο

4 Αθροιστικές Ιδιότητες Διαλυμάτων Μείωση της τάσης ατμών του διαλύτη Ανύψωση του Σημείου Ζέσεως του διαλύτη Ταπείνωση του Σημείου Πήξεως του διαλύτη Εμφάνιση Ωσμωτικής Πίεσης Σε αραιά διαλύματα ( ιδανικά) οι ιδιότητες αυτές εξαρτώνται από τη φύση του διαλύτη δεν εξαρτώνται από τη φύση των διαλυμένων σωματιδίων εξαρτώνται από τον λόγο

5 Σημείο Πήξεως ουσίας Για δοσμένη πίεση, η θερμοκρασία στην οποία η υγρή ουσία στερεοποιείται. Στο Σ. Π. η στερεά και η υγρή κατάσταση της ουσίας βρίσκονται σε ισορροπία. H 2 O Σε κάθε σημείο της καμπύλης AC η στερεά φάση είναι σε ισορροπία με την υγρή η ταχύτητα με την οποία λειώνει (τήκεται) η ουσία είναι ίση με την ταχύτητα με την οποία στερεοποιείται (πήζει) τα χημικά δυναμικά της ουσίας (για T και P του σημείου) στην στερεή και στην υγρή κατάσταση είναι ίσα Η καμπύλη AC παριστά την μεταβολή του Σ.Π. με την πίεση.

6 Σημείο Πήξεως ουσίας Για δοσμένη πίεση, η θερμοκρασία στην οποία η υγρή ουσία στερεοποιείται. Στο Σ. Π. η στερεά και η υγρή κατάσταση της ουσίας βρίσκονται σε ισορροπία. H 2 O Σε κάθε σημείο της καμπύλης AC η στερεά φάση είναι σε ισορροπία με την υγρή η ταχύτητα με την οποία λειώνει (τήκεται) η ουσία είναι ίση με την ταχύτητα με την οποία στερεοποιείται (πήζει) τα χημικά δυναμικά της ουσίας (για T και P του σημείου) στην στερεή και στην υγρή κατάσταση είναι ίσα Κανονικό Σ.Π. Κανονικό Σ.Ζ. Η καμπύλη AC παριστά την μεταβολή του Σ.Π. με την πίεση.

7 Σημείο Πήξεως ουσίας Για δοσμένη πίεση, η θερμοκρασία στην οποία η υγρή ουσία στερεοποιείται. Στο Σ. Π. η στερεά και η υγρή κατάσταση της ουσίας βρίσκονται σε ισορροπία. P H 2 O Σε κάθε σημείο της καμπύλης AC η στερεά φάση είναι σε ισορροπία με την υγρή η ταχύτητα με την οποία λειώνει (τήκεται) η ουσία είναι ίση με την ταχύτητα με την οποία στερεοποιείται (πήζει) τα χημικά δυναμικά της ουσίας (για T και P του σημείου) στην στερεή και στην υγρή κατάσταση είναι ίσα Κανονικό Σ.Π. Σ.Π. σε πίεση P Σ.Ζ. σε πίεση P Κανονικό Σ.Ζ. Η καμπύλη AC παριστά την μεταβολή του Σ.Π. με την πίεση.

8 Για δοσμένη πίεση, η θερμοκρασία στην οποία η υγρή ουσία στερεοποιείται. Στο Σ. Π. η στερεά και η υγρή κατάσταση της ουσίας βρίσκονται σε ισορροπία. Ουσία (s) Ουσία (l) Χημικό δυναμικό σε πίεση P Σ.Π. σε πίεση P Ουσία (g) Σ.Ζ. σε πίεση P T f T b Θερμοκρασία

9 Ταπείνωση του Σημείου Πήξεως του διαλύτη Όλες οι αθροιστικές ιδιότητες πηγάζουν από την μείωση του χημικού δυναμικού του υγρού διαλύτη που προκαλεί η παρουσία της διαλυμένης ουσίας. Σε αραιά (ιδανικά) διαλύματα ισχύει ότι: Χημικό δυναμικό του καθαρού διαλύτη Χημικό δυναμικό του διαλύτη στο διάλυμα Γραμμομοριακό κλάσμα του διαλύτη στο διάλυμα

10 Σημείο Πήξεως του καθαρού διαλύτη Διαλύτης (s) Διαλύτης (l) Χημικό δυναμικό σε πίεση P Σ.Π. καθαρού Διαλύτη Διαλύτης (g) Σ.Ζ. καθαρού Διαλύτη T f T b Θερμοκρασία

11 Χημικό δυναμικό σε πίεση P Σημείο Πήξεως του διαλύτη στο διάλυμα Διαλύτης (s) Σ.Π. καθαρού Διαλύτη Διαλύτης (l) Διαλύτης (l) στο διάλυμα Διαλύτης (g) Σ.Ζ. καθαρού Διαλύτη Η διαλυμένη ουσία επιλέγεται έτσι ώστε: Να μην διαλύεται στον στερεό διαλύτη Να έχει αμελητέα τάση ατμών T f T b Θερμοκρασία

12 Σημείο Πήξεως του διαλύτη στο διάλυμα Διαλύτης (s) Διαλύτης (l) Χημικό δυναμικό σε πίεση P Σ.Π. Διαλύτη στο διάλυμα Σ.Π. καθαρού Διαλύτη Διαλύτης (l) στο διάλυμα Διαλύτης (g) Σ.Ζ. καθαρού Διαλύτη Σ.Ζ. Διαλύτη στο διάλυμα T f T f T b Θερμοκρασία T b

13 Ταπείνωση του Σημείου Πήξεως του διαλύτη Διαλύτης (s) Διαλύτης (l) ΔT f = T f - T f Χημικό δυναμικό σε πίεση P Σ.Π. Διαλύτη στο διάλυμα Σ.Π. καθαρού Διαλύτη Διαλύτης (l) στο διάλυμα Διαλύτης (g) Σ.Ζ. καθαρού Διαλύτη Σ.Ζ. Διαλύτη στο διάλυμα T f T f T b Θερμοκρασία T b

14 Ταπείνωση του Σημείου Πήξεως του διαλύτη ΔT f = T f - T f

15 Ταπείνωση του Σημείου Πήξεως του διαλύτη ΔT f = T f - T f K f Κρυοσκοπική Σταθερά του Διαλύτη Εξαρτάται μόνο από τη φύση του διαλύτη R η σταθερά των αερίων (8,314 J K -1 mol -1 ) T f το Σ.Π. του καθαρού διαλύτη (K) M A η γραμμομοριακή μάζα του διαλύτη (kg mol -1 ) ΔH τηξ η γραμμομοριακή λανθάνουσα θερμότητα τήξης του καθαρού διαλύτη (J mol -1 ) Οι μονάδες της K f στο S.I. είναι (K kg mol -1 ) Η K f του νερού είναι 1,858 K kg mol -1

16 Ταπείνωση του Σημείου Πήξεως του διαλύτη ΔT f = T f - T f b Molality (Γραμμομοριακότητα κατά βάρος) Ανεξάρτητη από τη θερμοκρασία έκφραση συγκέντρωσης Οι μονάδες της b στο S.I. είναι (mol kg -1 )

17 Παράδειγμα υπολογισμού της molality (b) διαλύματος Έστω διάλυμα ουσίας Β σε διαλύτη Α. Ποια η molality, b, του διαλύματος αν δίνονται: Μ Β η γραμμομοριακή μάζα της διαλυμένης ουσίας Β m Β η μάζα της διαλυμένης ουσίας Β, και m Α η μάζα του διαλύτη Α.

18 Παράδειγμα υπολογισμού της molality (b) διαλύματος Έστω διάλυμα ουσίας Β σε διαλύτη Α. Ποια η molality, b, του διαλύματος αν δίνονται: Μ Β η γραμμομοριακή μάζα της διαλυμένης ουσίας Β m Β η μάζα της διαλυμένης ουσίας Β, και m Α η μάζα του διαλύτη Α.

19 Παράδειγμα υπολογισμού της molality (b) διαλύματος Έστω διάλυμα ουσίας Β σε διαλύτη Α. Ποια η molality, b, του διαλύματος αν δίνονται: Μ Β η γραμμομοριακή μάζα της διαλυμένης ουσίας Β m Β η μάζα της διαλυμένης ουσίας Β, και m Α η μάζα του διαλύτη Α. Εφαρμογή Σε 13,25 g διαλύματος ουσίας Β σε διαλύτη Α περιέχονται 12,5 g διαλύτη. Αν η γραμμομοριακή μάζα της διαλυμένης ουσίας Β είναι 60 g/mol, τότε ποια η molality, b, του διαλύματος;

20 Εφαρμογή Παράδειγμα υπολογισμού της molality (b) διαλύματος Σε 13,25 g διαλύματος ουσίας Β σε διαλύτη Α περιέχονται 12,5 g διαλύτη. Αν η γραμμομοριακή μάζα της διαλυμένης ουσίας Β είναι 60 g/mol, τότε ποια η molality, b, του διαλύματος; Προσοχή στις μονάδες! Η molality, b, εκφράζεται πάντα σε (mol kg -1 )

21 Ταπείνωση του Σημείου Πήξεως του διαλύτη ΔT f = T f - T f i Συντελεστής van 't Hoff N A ο αριθμός Avogadro (6, mol -1 ) Ο συντελεστής van 't Hoff είναι αδιάστατο μέγεθος 1 mol ουσίας που διαλύεται δεν δίνει πάντα 1 mol σωματιδίων στο διάλυμα! Ο συντελεστής van 't Hoff αποτελεί μέτρο της επίδρασης που έχει μια διαλυμένη ουσία στις αθροιστικές ιδιότητες των διαλυμάτων της. Για την πλειονότητα των υδατικών μη-ηλεκτρολυτικών διαλυμάτων, ο συντελεστής van 't Hoff είναι πρακτικώς ίσος με την μονάδα.

22 Παράδειγμα υπολογισμού του συντελεστή van 't Hoff (i) Έστω διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ. Ποιος ο συντελεστή van 't Hoff (i) αν δίνεται ο βαθμός διάστασης, α, του ΗΑ στις συνθήκες του διαλύματος.

23 Παράδειγμα υπολογισμού του συντελεστή van 't Hoff (i) Έστω διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ. Ποιος ο συντελεστή van 't Hoff (i) αν δίνεται ο βαθμός διάστασης, α, του ΗΑ στις συνθήκες του διαλύματος. HA H + + A - Διαλύθηκαν Διαστάθηκαν / Παρήχθησαν x αx αx αx moles

24 Παράδειγμα υπολογισμού του συντελεστή van 't Hoff (i) Έστω διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ. Ποιος ο συντελεστή van 't Hoff (i) αν δίνεται ο βαθμός διάστασης, α, του ΗΑ στις συνθήκες του διαλύματος. HA H + + A - Διαλύθηκαν Διαστάθηκαν / Παρήχθησαν x αx αx αx x-αx αx αx Ποσότητες σωματιδίων στο διάλυμα moles Όταν η διαλυμένη ουσία διίσταται τότε i > 1!

25 Παράδειγμα υπολογισμού του συντελεστή van 't Hoff (i) Εφαρμογή Ποιος είναι ο συντελεστή van 't Hoff (i) στα παρακάτω διαλύματα; 1. Αραιό υδατικό διάλυμα NaCl. 2. Αραιό υδατικό διάλυμα Al(NO 3 ) Αραιό διάλυμα οξικού οξέος σε βενζόλιο. Στις συνθήκες του διαλύματος κλάσμα α των μορίων του οξικού οξέος συνδέονται με δεσμούς υδρογόνου και σχηματίζουν διμερή (CH 3 COOH) 2.

26 Παράδειγμα υπολογισμού του συντελεστή van 't Hoff (i) Εφαρμογή Ποιος είναι ο συντελεστή van 't Hoff (i) στα παρακάτω διαλύματα; 1. Αραιό υδατικό διάλυμα NaCl. 2. Αραιό υδατικό διάλυμα Al(NO 3 ) Αραιό διάλυμα οξικού οξέος σε βενζόλιο. Στις συνθήκες του διαλύματος κλάσμα α των μορίων του οξικού οξέος συνδέονται με δεσμούς υδρογόνου και σχηματίζουν διμερή (CH 3 COOH) 2. Ο συντελεστής van 't Hoff (i) μπορεί να είναι μεγαλύτερος, ίσος ή και μικρότερος του 1!

27 Κρυοσκοπία. Ο πειραματικός προσδιορισμός της ταπείνωσης του Σημείου Πήξεως μιας υγρής ουσίας που προκαλείται από την διάλυση σε αυτή διαφόρων ουσιών. Οδηγεί στην απόκτηση πληροφοριών για την διαλυμένη ουσία ή/και για τα διαλύματα. Γραμμομοριακή μάζας διαλυμένης ουσίας. Καθαρότητα υγρής ουσίας Έλεγχος νοθείας (πχ νοθεία γάλακτος με νερό) Καταλληλότητα αντιψυκτικού μείγματος για δοσμένη εφαρμογή Βαθμός διάστασης διαλυμένης ουσίας

28 Προσδιορισμός της Γραμμομοριακής Μάζας ουσίας με την μέθοδο της Κρυοσκοπίας ΔT f = T f - T f

29 Προσδιορισμός της Γραμμομοριακής Μάζας ουσίας με την μέθοδο της Κρυοσκοπίας ΔT f = T f - T f 1 2 Η (σχ. 2) είναι της μορφής: 3 1. Προσδιορίζουμε τα ΔT f (σχ. 1) για διαλύματα που περιέχουν την ίδια μάζα διαλύτη (m A ) αλλά διαφορετικές μάζες διαλυμένης ουσίας (m B ). 2. Από την γραφική παράσταση των ΔT f έναντι των μαζών m B προσδιορίζουμε την κλίση (κ) της βέλτιστης ευθείας (σχ. 3). 3. Από τις (σχ. 2 και σχ. 3) έχουμε:

30 Διάταξη για τον προσδιορισμό του Σ.Π. ΔT f = T f - T f

32 Καμπύλη ψύξης καθαρού διαλύτη ΔT f = T f - T f

33 Καμπύλη ψύξης καθαρού διαλύτη ΔT f = T f - T f

34 Καμπύλη ψύξης καθαρού διαλύτη

39 Καμπύλη ψύξης διαλύματος ΔT f = T f - T f

40 Καμπύλη ψύξης διαλύματος? Καμπύλη ψύξης καθαρού διαλύτη

41 Προσδιορισμός της Γραμμομοριακής Μάζας ουσίας με την μέθοδο της Κρυοσκοπίας ΔT f = T f - T f ( m Β, ΔT f )

43 Προσδιορισμός της Γραμμομοριακής Μάζας ουσίας με την μέθοδο της Κρυοσκοπίας ΔT f = T f - T f ( m Β, ΔT f ) Διάλυμα Μάζα διαλύτη Μάζα ουσίας Ταπείνωση Σ.Π. 1 m A (m B ) 1 (ΔT f ) 1 2 m A (m B ) 2 (ΔT f ) 2 3 m A (m B ) 3 (ΔT f ) 3 4 m A (m B ) 4 (ΔT f ) 4