Температура кипения и замерзания

Все индивидуальные вещества, в том числе растворители, характеризуются строго постоянными температурами кипения-конденсации и плавления-кристаллизации (замерзания). По сравнению с ними температура кипения растворов повышается, а температура кристаллизации (замерзания) понижается, причём, понижается тем сильнее, чем концентрированнее раствор.

Разность между температурами кипения раствора и чистого растворителя называется повышением температуры кипения раствора (DT_кип), а разность между температурами замерзания чистого растворителя и раствора – понижением температуры замерзания раствора (DT_зам).

Изучая кипение и замерзание растворов, Рауль установил, что повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания разбавленных растворов неэлектролитов пропорционально моляльности растворов. Эта закономерность называется вторым законом Рауля; его математическим выражением являются уравнения:

DТ_кип = К_э∙С_m, DТ_зам = К_к∙С_m,

где С_m – моляльность раствора; К_э – эбулиоскопическая постоянная растворителя (от лат. «ebbulire» – выкипать); К_к – криоскопическая постоянная растворителя (от греч. «криос» – холод). Эти постоянные для воды равны 0,52 и 1,86, а для спирта 1,22 и 1,99.

Понижение температуры замерзания растворов используется в технике для приготовления антифризов – жидкостей с низкой температурой замерзания, заменяющих воду в радиаторах автомобильных и авиационных моторов в зимнее время. На измерениях температур кипения и замерзания растворов основаны эбуллиоскопический и криоскопический методы определения молекулярных масс веществ.

Пример 17. Раствор, содержащий 3,2 г серы в 40 г бензола, кипит при 80,90 °С. Чистый бензол кипит при 80,10 °С. Из скольких атомов состоят молекулы серы?

Решение. 1) Вычисляем повышение температуры кипения раствора:

∆Т_кип = 80,90 – 80,10 = 0,80

2) По второму закону Рауля вычисляем моляльность раствора:

= 0,312 моль/кг С₆Н₆

3) Вычисляем массу серы, приходящуюся на 1 кг растворителя:

= 80 г

4) Молярную массу серы находим по пропорции:

80 г серы составляют 0,312 моль

M – 1 моль

= 256 г/моль

5) Молярная масса атомов серы равна 32 г/моль, следовательно, молекулы серы состоят из восьми (256: 32) атомов.

Пример 18. В радиатор автомобиля налили жидкость, состоящую из 8 л воды и 2 л метилового спирта (r = 0,8 г/мл). При какой самой низкой температуре можно после этого оставлять автомобиль на открытом воздухе, не опасаясь, что жидкость в радиаторе замёрзнет?

Решение. Задача сводится к определению (по второму закону Рауля) понижения температуры замерзания раствора по сравнению с водой.

1) Находим массу и количество метилового спирта СН₃ОН, молярная масса которого 32 г/моль:

m = r·V = 0,8 · 2000 = 1600 г;

2) Исходя из того, что масса 8 л воды равна 8 кг, вычисляем моляльность раствора:

= 6,25 моль СН₃ОН/кг Н₂О

3) По второму закону Рауля находим понижение температуры замерзания смеси по сравнению с температурой замерзания чистой воды:

∆Т_зам = К_к(Н₂О)·С_m = 1,86·6,25 = 11,625 град

Таким образом, самая низкая температура, при которой жидкость не замерзает, равна –11,6 °С.

ЛЕКЦИЯ 10

На этой лекции заканчивается рассмотрение материала по растворам. Нумерация элементов содержания, рисунков и примеров является продолжением предыдущей лекции.

Содержание лекции.

8. Растворы электролитов

8.1. Теория электролитической диссоциации

8.2. Степень и константа диссоциации

8.3. Ионное произведение воды

8.4. Водородный и гидроксидный показатели

9. Ионообменные реакции

9.1. Типы ионообменных реакций

9.2. Уравнения ионообменных реакций

10. Гидролиз солей

10.1. Типы гидролиза

10.2. Константа и степень гидролиза

10.3. Необратимый гидролиз

10.4. Усиление и ослабление гидролиз

Дата добавления: 2014-12-16