Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

Температуры замерзания и кипения разбавленных растворов

Опыт показывает, что температура замерзания и кипения рас­творов зависит от давления пара над ними. Еще М. В. Ломоносов обнаружил, что растворы замерзают при более низкой и кипят при более высокой температуре, чем чистые растворители. Понижение температуры замерзания раствора связано с понижением давления (упругости) пара растворителя над раствором.

Как известно, жидкость закипает при той температуре, при которой давление ее насыщенного пара становится равным атмо­сферному давлению. Так, очищенная вода при атмосферном дав­лении замерзает при температуре 273,16 К и кипит при 373,16 К. Стоит растворить в воде какое-либо вещество, как давление ее пара понизится. Чтобы раствор закипел, необходимо нагреть его до температуры выше 373,16 К, ибо только при более высокой температуре давление пара станет равным атмосферному давле­нию. Чем больше концентрация растворенного вещества, тем при более высокой температуре будет кипеть раствор.

Температура замерзания растворов также отличается от тем­пературы замерзания чистых растворителей. Известно, что жид­кость замерзает при той температуре, при которой давление пара вещества в твердом состоянии становится равным давлению пара этого же вещества в жидком состоянии. Например, при 273,16К давление пара льда (613,3 Па) равно давлению пара воды. Лед и вода могут одновременно сосуществовать друг с другом при температуре, которая носит название температуры замерзания.

Если взять какой-то водный раствор, то вследствие понижения давления пара при 273,16 К он будет обладать меньшим, чем 613,3 Па, давлением пара. По этой причине лед, опущенный в та­кой раствор, будет быстро таять. Лишь при некоторой темпера­туре, лежащей ниже 0°С, давление пара над раствором уменьшится настолько, что станет рав­ным давлению пара льда при той же температуре. Таким образом, раствор будет за­мерзать при более низкой температуре, чем чистый растворитель. Например, раствор, содержащий 0,1 кг поваренной соли в 1 кг воды, замерзает, как показывает опыт, не при 273,16 К, а при 259,56 К, морская вода — при 270,66 К.



 

Второй закон Рауля.Процессы замерзания и кипения растворов были детально изучены Раулем (1882), который установил закон, впоследствии названный его именем и характеризуемый уравнением:

4.9

Это и есть математическое выражение второго закона Рауля: по­нижение температуры замерзания или повышение температуры кипения растворов прямо пропорционально его моляльной концентрации.

Коэффициент К в уравнении (4.9) носит название криоскопической постоянной (греч. kryos — холод). Она представляет со­бой величину, характерную для данного растворителя, и показы­вает понижение температуры замерзания, вызываемое растворе­нием 1 моль вещества (неэлектролита) в 1 кг этого растворителя.

В самом деле, из уравнения (4.9) следует, что при m= 1 ∆T = К. Криоскопическая постоянная является постоянной вели­чиной, она не зависит от природы растворенного вещества, а толь­ко от природы растворителя. Численные значения криоскопических констант (в К) для некоторых растворителей приведены ниже:

 

Таблица 4.3 Криоскопические постоянные растворителей

Вода Н2О…………….…1,86 Уксусная кислота СН3СООН ……………………….3,90
Бензол С6Н6…………….....5,12 Анилин C6H5NH2 ………………………..5,87
Нафталин С10Н8..………..........6,90 Фенол С6Н5ОН ………..…………………7,27
Нитробензол C5H5NO2…. ………6,90

 

Аналогична криоскопической постоянной константа кипения, или эбулиоскопическая постоянная (лат. ebulyo — вскипать). Она характерна для данного растворителя и показывает, на сколько градусов повышается температура кипения при растворении 1 моль неэлектролита в 1 кг растворителя. Численные значения эбулиоскопических констант кипения (в К) приведены ниже:

 

Таблица 4.4 Эбулиоскопические постоянные растворителей

 

Вода…………………………… 0,516 Этиловый спирт………………….1,16
Бензол……………………………2,57 Уксусная кислота……………………… 3,10
Анилин………………………… 3,69 Четыреххлористый угле­род …………5,00

 

Напомним, что математическое выражение второго закона Рауля в случае изменения температуры кипения растворов будет совер­шенно аналогично уравнению (4.9), только вместо криоскопи­ческой постоянной (К) берут эбулиоскопическую константу (E):

4.10

Свойство растворов понижать температуру замерзания воды широко используется в практике для приготовления так называе­мых антифризов, которые представляют собой водные растворы некоторых органических и неорганических веществ. Эти растворы не замерзают при низких температурах и потому широко при­меняются для охлаждения двигателей автомобилей и тракторов в условиях Крайнего Севера. Например, такой антифриз, как 55%-ный раствор этиленгликоля в воде, не замерзает даже при температуре 233 К.

Понижение температуры замерзания растворов имеет боль­шое значение для живых организмов. Так, сок в их клетках пред­ставляет собой в основном раствор органических веществ; его температура замерзания лежит ниже 273 К, поэтому организмы не погибают при пониженных температурах. Характерно отме­тить, что зимостойкость растений обусловлена концентрацией кле­точного сока: чем выше концентрация, тем более низкие темпе­ратуры может переносить растение. Процесс превращения более высокомолекулярных соединений в соединения с меньшей молеку­лярной массой при наступлении холодов (например, крахмала в углеводы типа глюкозы), протекающий в клетках растений, так­же вызван стремлением повысить концентрацию клеточного сока. По этой же причине хорошо сохраняются овощи и фрукты при температуре 272 К.

Методы измерения концентрации клеточного сока по темпе­ратурам замерзания растворов в настоящее время широко ис­пользуются в селекционной работе при выведении новых зимо­стойких сортов различных сельскохозяйственных культур.

 






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2017 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.