Medición de la masa molar mediante el método de depresión del punto de congelación 1. Finalidad y requisitos 1. Determinar la masa molar de naftaleno mediante el método de depresión del punto de congelación. 2. Domine el principio de determinar la masa molar mediante el método de depresión del punto de congelación a través de experimentos y profundice su comprensión de las propiedades coligativas de las soluciones diluidas. 2. Principio Las soluciones diluidas tienen propiedades coligativas y la disminución del punto de congelación es una manifestación de propiedades coligativas. La fórmula para la relación entre la depresión del punto de congelación de una solución diluida y la composición de la solución es: En la fórmula, △Tf es el valor de la depresión del punto de congelación Tf* es el punto de congelación del disolvente puro A; el calor de solidificación molar del disolvente puro A; la fracción molar del soluto; MA es la masa molar del disolvente A; bB es la concentración molar del soluto, que se refiere al número de moles de soluto contenidos en 1 kilogramo de disolvente, en moles; ·kg-1; Kf es la constante de depresión del punto de congelación molar de masa, su valor sólo está relacionado con la naturaleza del disolvente y la unidad es K·kg·mol-1. La siguiente tabla proporciona los valores constantes de algunos. disolventes: Disolvente Agua Acetato Fenilciclohexano Ciclohexanol Disolvente puro Punto de congelación Tf* /K 273,15 289,75 278,65 279,65 297,05 Constante de depresión del punto de congelación Kf /K·Kg·mol-1 1,86 3,90 5,12 20,2 39,3 Si la constante de depresión del punto de congelación Kf de un determinado disolvente es conocido, y se mide el valor de depresión del punto de congelación de la solución, así como las masas del disolvente y del soluto WA, WB, la siguiente fórmula para calcular la masa molar del soluto B se puede deducir de la fórmula anterior: MB=KfWB /△TfWA (2) El punto de congelación de un disolvente puro es la temperatura de equilibrio a la que existe su líquido-sólido *. Cuando un disolvente puro se enfría gradualmente, la temperatura descenderá uniformemente con el tiempo antes de que comience la solidificación, la pérdida de calor se compensa mediante la liberación de calor de solidificación. El sistema mantendrá la temperatura de equilibrio de la fase líquido-sólida hasta que todo se solidifique. y luego continúa cayendo uniformemente (consulte la Figura 4-1a). Sin embargo, en el proceso real, a menudo ocurre sobreenfriamiento, como se muestra en la curva de enfriamiento (Figura 4-1b). Para las soluciones, además de la temperatura, también está la cuestión de la concentración de la solución. La concentración de la solución correspondiente al punto de congelación debe ser la concentración de equilibrio. Cuando un disolvente se solidifica y precipita, la concentración de la solución restante aumenta gradualmente, por lo que el punto de congelación de la solución también disminuye gradualmente (consulte la Figura 4-1c). hay más solvente, al controlar el grado de sobreenfriamiento de manera que muy pocos cristales precipiten, la temperatura que aumenta desde el sobreenfriamiento se puede usar como punto de congelación y la concentración inicial se puede usar en lugar de la concentración de equilibrio. Generalmente, no hay grandes errores. ocurrirá. (Ver Figura 4-1d). Si el sobreenfriamiento es demasiado grande, se solidifica demasiado solvente y la concentración de la solución cambia demasiado, aparecerá la situación que se muestra en la Figura 4-1e, lo que hará que el resultado de la medición del punto de congelación sea bajo, pero el método de extrapolación puede utilizarse para la corrección, como se muestra en la Figura 4-1(f). Figura 4-1 Curva de enfriamiento Figura 4-2 Dispositivo experimental para bajar el punto de congelación Figura 3. Instrumentos y reactivos Un juego de dispositivo de medición del punto de congelación y termómetro Beckman digital (consulte la Figura 1-1, pastillas de naftaleno puro; análisis Puro); dos trozos de papel de ácido sulfúrico, una pipeta de 25 ml, hielo picado o hielo granulado. 4. Pasos experimentales 1. Instale y coloque el dispositivo de medición del punto de congelación según la Figura 4-2, e inserte la sonda de temperatura del termómetro digital Beckman. Preste atención a dejar un poco de espacio para la profundidad de inserción para evitar romper el tubo de vidrio. 2. Ajuste la temperatura del baño de hielo a aproximadamente 3,5°C. En general, es mejor tener más agua que hielo en invierno y mitad y mitad de hielo y agua en verano. La cantidad específica depende de la temperatura interior en ese momento. 3. Determine el punto de congelación de solventes puros. Saque la sonda de temperatura del termómetro digital Beckman (tenga en cuenta la marca de profundidad de inserción), use una pipeta para tomar 25 ml de ciclohexano y agréguelo al tubo de coagulación interno de menor diámetro (se ha colocado una manga de aire alrededor de su periferia), sumerja Coloque el tubo exterior con el tubo interior directamente en el baño de hielo e inserte nuevamente la sonda de temperatura del termómetro Beckman. Encienda el botón de agitación, encienda los botones de encendido y lectura del termómetro Beckman, enfríe, controle la velocidad de enfriamiento y elija el momento apropiado para comenzar a cronometrar las lecturas (si es posible, dos grupos pueden usar una computadora y un monitor, y usar el software que respalda el experimento para ejecutar la máquina Lectura automática y generación de gráficos), no deje de agitar. Si la temperatura ya no baja, sino que aumenta ligeramente, significa que los cristales han comenzado a precipitar en este momento. Manténgala constante por un tiempo hasta que la temperatura suba a la temperatura más alta y registre la temperatura más baja y la temperatura constante.
Caliente el tubo de coagulación con las manos para derretir todos los cristales de ciclohexano. Coloque nuevamente el tubo de coagulación en el baño de hielo. Repita la operación anterior tres veces. Si el fenómeno de sobreenfriamiento es grave durante el proceso de medición, se puede agregar una pequeña cantidad de semillas de ciclohexano para provocar que los cristales precipiten y aumente la temperatura (también se puede utilizar el método de dejar semillas de cristales, es decir, cuando los cristales se derriten , queda un poco de cristal en la pared del tubo). No deje que se derrita por completo hasta que el sistema se enfríe a la temperatura más baja medida aproximadamente, luego retírelo). 4. Utilice una balanza analítica y un papel de ácido sulfúrico designado para pesar con precisión las pastillas de naftaleno (aproximadamente 0,2 g), colóquelas en el tubo de coagulación, tritúrelas y revuélvalas con una varilla de vidrio para disolverlas. Nota: No derrame ni abandone la naftaleno sobre la mesa. o el suelo (¡Sublime y embriagador!). Mida el punto de congelación de la solución utilizando el mismo método anterior y repita la medición tres veces. 5. Precauciones experimentales: preste atención al control del proceso de sobreenfriamiento y la velocidad de agitación; tenga cuidado de no acumular demasiada mezcla de agua y hielo y desbordarse desde arriba. Este experimento no es adecuado en temporadas de alta temperatura y humedad, porque el vapor de agua puede fácilmente; ingrese al sistema, causando resultados de medición sesgados. Bajo; no permita que el ciclohexano forme cristales masivos en la pared del tubo. Un método más sencillo consiste en retirar y sumergir alternativamente (más rápido) el tubo exterior del baño de hielo. 6. Procesamiento de datos 1. Utilice ρt/(g.cm-3)=0,7971-0,8879×10-3t/℃ para calcular la densidad del ciclohexano a temperatura ambiente t, y luego calcule la masa WA del ciclohexano tomado. 2. A partir del disolvente puro medido y del punto de congelación de la solución Tf*, Tf, calcule la masa molar de naftaleno. Expansión de medición experimental Determinación del valor de Kf y del valor de MB: Configure una serie de soluciones diluidas con diferentes bB, mida una serie de valores de △Tf, sustituya en la fórmula (1) o (2), calcule una serie de Kf y luego dibuje una Diagrama Kf-bB. La ordenada extrapolada a bB=0 es el valor exacto de Kf. Por el contrario, si se conoce Kf, la masa molar del soluto se puede determinar midiendo ΔTf. MB también se puede calcular a partir de más de cuatro valores medidos ΔTf, y luego se puede dibujar una gráfica de MB versus bB extrapolando a la ordenada donde bB= 0 es el valor exacto de. También se pueden preparar una serie de soluciones diluidas de CB con diferentes concentraciones (la unidad de CB es kg·m-3), medir la presión osmótica ∏ de la solución diluida (medir adecuadamente la masa molar promedio del compuesto polimérico) y usa ∏/CB para comparar CB Dibuja una línea recta y extrapola la línea recta a la ordenada de CB=0. La determinación de la constante de elevación del punto de ebullición Kb es similar a la determinación de Kf.