Рис. 6. Прилад для вимірювання тиску насиченої пари рідини
Пускають воду в зворотний холодильник, запалюють газовий пальник під склянкою з водою і слідкують за рідиною в колбі. Газовий пальник регулюють так, щоб полум'я було невеликим і нагрівало середню частину склянки з водою. Ознакою того, що рідина в колбі закипіла, є незмінність температури. При цьому спостерігається безперервне утворювання краплин рідини, що стікає із зворотного холодильника. Після того, як рідина закипіла, записують температуру кипіння і покази манометра (h1 і h2 - в лівому і правому коліні ртутного манометра). Далі обережно відкривають кран, що з'єднує прилад з атмосферою; і збільшують тиск на 20—30 мм рт. ст. Коли рідина закипить знову, витримують 2-3 хвилини і записують температуру та покази манометра. Таким, чином тиск поступова доводять до атмосферного, зробивши при цьому 10-15 вимірювань температури і тиску. Останній вимір виконують при відкритому крані, який з'єднує прилад з атмосферою.
Тиск р, при якому відбувається кипіння рідини, дорівнює різниці барометричного тиску Р (за барометром) і тиску за манометром H= h1 + h2 (всі величини вмм рт.ст.): р = Р - Н.
Результати вимірів заносять в таблицю:
Будують графіки: 1) р=f(t); 2) lgр= f(1/Т).
Визначають tgb і розраховують молярну теплоту випаровування, питому теплоту випаровування, сталу Трутона та ебуліоскопічну сталу рідини.
Література: 1, с. 166-173, 146-250, 297-298; 2, с. 92-94
5. ВИЗНАЧЕННЯ МОЛЯРНОЇ МАСИ РІДИНИ
Між тиском р, температурою Т і об'ємом V ідеального газу існує зв'язок:
P . V= n . R . T
де п - число молів газу, R- універсальна газова стала. Це рівняння стану ідеального газу (рівняння Менделєєва-Клапейрона) наближено може використовуватися для реальних газів та парів. Якщо відома маса пари g, то n= g/M,де М - молярна маса речовини. Тоді з рівняння
можна знайти молярну масу рідини, якщо відому її кількість перевести в пару і виміряти об'єм, тиск та температуру останньої.
Виконання роботи
Задача 1. Визначення молярної маси леткої рідини.
Прилад 1 для випаровування рідини з'єднують за допомогою короткої гумової трубки з газовідвідною трубкою 2, занурюють в посудину з водою, закріплюють в штативі і щільно закривають пробкою. Калібровану трубку 4 (евдіометр) наповнюють до краю водою, закривають скляною пластиною чи рукою, перевертають, опускають закритий кінець у воду (у ванну 5) .відкривають його і закріплюють вертикально в штативі.
Рис. 7. Схема приладу для визначення молярної маси леткої рідини
Запалюють газовий пальник. Повітря в приладі починає нагріватися і внаслідок розширення виходить бульбашками з газовідвідної трубки, яка опущена у ванну з водою. Коли вода закипить і бульбашки повітря перестануть виділятися, температура приладу стане сталою. Газовідвідну трубку підводять під евдіометр, відкривають пробку приладу, швидко вкидають в нього злегка прикриту ампулу 3 з досліджуваною рідиною і знову щільно закривають пробкою. На дно приладу кладуть скляну вату, щоб ампула при падінні не розбила прилад. Рідина, яка знаходиться в ампулі, заздалегідь зважується.
У приладі рідина з ампули випаровується, і її пара витісняє повітря, яке збирається в евдіометрі, де і визначається його об'єм V. Об'єм витисненого повітря відповідає об'єму, який би займала пара досліджуваної рідини, маючи такі ж температуру та тиск, за яких перебуває повітря в евдіометрі. Коли витиснення повітря припиниться, експеримент закінчується. При цьому обов'язково потрібно погасити газовий пальник та відкрити пробку приладу, інакше при охолоджуванні вприладіствориться розрідження і в нього попаде вода з ванни 5.
Після .закінчення експерименту за допомогою термометра та барометра визначають температуру і тиск в лабораторії. Вимірюють також об'єм повітря в евдіометрі та різницю рівнів води в евдіометрі і ванні 5 (див.рис.7).
Молярну масу рідини розраховують за рівнянням Менделєєва-Клапейрона
Якщо виражати тиск в мм рт.ст., а об'єм в см3 то універсальна газова стала дорівнює
Температуру повітря в евдіометрі приймають рівною кімнатній температурі. Тиск повітря в евдіометрі розраховують за рівнянням
де Р — атмосферний тиск (по барометру), мм рт. ст.;
H — різниця рівнів води в евдіометрі і ванні 5, мм;
В — тиск насиченої водяної пари при кімнатній температурі, мм рт. ст.
Тиск насиченої водяної пари при різких температурах такий:
t,oС 18 19 20 21 22 23 24 25
B, мм рт.ст. 15.5 16,5 17,5 18,7 19,8 21,1 22,4 23,7
Якщо потрібно повторити експеримент, прилад необхідно висушити і продути, щоб вилучити з нього пари рідини.
Література: 1, с. 93-96, 106-108.
6. РІДИНИ, ЯКІ ОБМЕЖЕНО ЗМІШУЮТЬСЯ
При змішуванні двох рідин часто спостерігається явище обмеженої розчинності однієї рідини в другій. Наприклад, якщо при переміщуванні поступово додавати до води фенол, то до деякої межі буде утворюватись однорідний розчин фенолу у воді, а після насичення води фенолом з'являється новий шар насиченого розчину води у фенолі.
Взаємна розчинність двох рідин, які обмежено змішуються, залежить від температури і може перейти в необмежену; тоді між шарами зникне межа і утвориться однорідний розчин. Для того щоб одержати повну картину розчинності в системі з двох рідин А і В, які обмежено змішуються, потрібно побудувати діаграму взаємної розчинності (рис. 8). На осі абсцис відкладають склад суміші, а на осі ординат - температури, при яких утворюються однорідні розчини. Ліва частина кривої показує зростання розчинності B в А при підвищенні температури, а права - зростання розчинності А в B. Температуру Tk, вище якої рідини змішуються необмежено в будь-яких співвідношеннях, називають критичною температурою розчинення. Будь-яка точка під кривою відповідає двофазній системі. Так, якщо стан системи виражається точкою "с", то вона складається з двох фаз (шарів): розчину B в А, склад якого визначається точкою "а", і розчину А в В складу "в". При
Рис. 8. Діаграма взаємної розчинності двох рідин, які змішуються з поглинанням теплоти
підвищенні температури склади шарів зближаються і в точці М розшарування зникає. Зростання взаємної розчинності при підвищенні температури спостерігається в тому випадку, коли рідини змішуються з поглинанням теплоти.
Якщо змішування двох рідких речовин відбувається з виділенням теплоти, взаємна розчинність зростає не з підвищенням температури, а з її пониженням; при цьому критична температура розчинення досягається при охолодженні системи. Нарешті, є системи, які мають як верхню, так і нижню критичну температуру розчинення.
Виконання роботи
Задача 1. Побудова діаграми взаємної розчинності двох рідин, які змішуються обмежено.
В трубчасті ампули, які встановлені в спеціальних штативах, запаяно суміші різних рідин, які обмежено змішуються. На штативі вказані назви речовин, а над кожною ампулою написана цифра, що показує об'ємну концентрацію першого компонента. Штативи встановлені у водяних термостатах, які обладнані мішалкою та термометром.
На початку роботи потрібно увімкнути термостат в режим нагрівання та, перемішуючи суміші шляхом нахилу штативу з ампулами, спостерігати за їх станом.
Спочатку в ампулах знаходяться два шари рідини, які при перемішуванні утворюють емульсію (тобто непрозору систему). При підвищенні температури в кожній ампулі досягається повна взаємна розчинність рідин, на що вказує зникнення межі поділу між шарами (рідини в ампулах стають прозорі), і емульсії перетворюються на розчини. Записують температури, при яких зникає помутніння в кожній ампулі, в таблицю відповідно складу рідини в ампулі. Після цього виключають термостат з режиму нагрівання. Продовжуючи перемішування при охолодженні води в термостаті, спостерігають зворотну картину - перетворення розчинів на емульсії (появу в розчинах помутніння) - і записують відповідні температури в таблицю експериментальних даних.
Для кожної суміші температури необмеженої розчинності рідин,яківизначаються при нагріванні та при охолодженні системи, повинні збігатися з точністю до 1 °С.
Назва речовин, які утворюють суміші: компонент А -______
В-______
| Номер суміші | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| Об'ємний % А | |||||||||||
| Температура зникнення емульсії, oС | |||||||||||
| Температура помутніння, °С | |||||||||||
| Температура середня, oС |
За величинами середніх температур будують діаграму розчинності і за кривою розшарування визначають критичну температуру розчинення
Література: 1, с. 324-327; 2, с. 141-142.
7. КРІОСКОПІЯ
Тиск насиченої пари над розчином нелеткої речовини завжди нижчий, ніж над чистим розчинником. За законом Рауля відносне зниження тиску насиченої пари розчинника А над розчином дорівнює молярній частці розчиненої речовини В:
де РoA - тиск насиченої пари розчинника, .РA - тиск насиченої пари над
розчином, nA і nB - кількість молів розчинника і розчиненої речовини, які утворюють розчин.
Наслідком закону Рауля є зниження температури твердіння розчинів (температури кристалізації). На рис. 9 зображена залежність тиску пари від температури для розчинника (Р °), розчину (Р) і твердого розчинника (р). При температурі твердіння рідка і тверда фази перебувають в рівновазі і тиск пари над ними повинен бути однаковим. Тому температура твердіння чистого розчинника То визначається точкою