Задание 4. Определение осмотического коэффициента сильных электролитов
В растворах сильных электролитов присутствуют, в основном, только ионы, которые являются причиной, понижающей температуру замерзания этих растворов.
С этой точки зрения, если бы ионы вели себя как нейтральные молекулы, понижение температуры замерзания раствора сильного электролита можно было бы вычислить по уравнению:
ΔТзам = K* Сm *ν
Но, как показывают экспериментальные данные, это уравнение применимо для вычисления понижения температуры замерзания растворов сильных электролитов только при очень больших разбавлениях. Для растворов же умеренно разбавленных в правую часть уравнения необходимо внести поправку для того, чтобы величина понижения температуры замерзания, полученная опытным путем, совпадала с правой частью приведенного выше уравнения. Эту поправку называют осмотическим коэффициентом (обозначим ее через fo). Тогда уравнение для понижения температуры замерзания, применительно к умеренно разбавленным растворам, будет иметь такой вид:
ΔТзам = K* Сm *ν* fo
Разделив обе части равенства на (K* Сm) и заменив это произведение на ΔТзам получим:
i = ΔТзам (эксп)/ (K* Сm) = ν* fo
Из этого равенства можно определить осмотический коэффициент.
Величина осмотического коэффициента зависит от концентрации раствора. Экспериментально определение понижения температуры замерзания растворов сильных электролитов проводят так, как это было описано для определения молекулярной массы или определения степени электролитической диссоциации.
Задание 5. Определение концентрации раствора и его осмотического давления
В тех случаях, когда необходимо знать общую концентрацию всех веществ в растворе, независимо от качественного состава, крископический метод оказывается самым простым и надежным. Так этот метод получил широкое распространение при определении засоленности почв, при определении концентрации клеточного сока растений в связи с исследованиями морозостойкости растений и т.д.
В этих случаях, пользуясь термометром Бекмана с заранее установленной нулевой точкой, достаточно определить температуру замерзания раствора так, как это было при определении степени электролитической диссоциации, затем вычесть ее из температуры, отмечаемой нулевой точкой, чтобы получить ΔТзам, а затем вычислить по уравнению моляльную концентрацию раствора:
Сm = ΔТзам / К
В физиологии растений важное значение отводится осмотическому давлению раствора. Непосредственное определение осмотического давления по силе проникновения растворителя через 1 см2 поверхности, не проницаемой для растворенного вещества, не получило широкого распространения вследствие трудности приготовления полупроницаемых мембран. На помощь исследователям приходит криоскопический метод.
Вант-Гофф распространил уравнение газового состояния Менделеева на поведение растворенного вещества в разбавленных растворах и доказал, что
π = С*R*T
где π — осмотическое давление раствора в атмосферах,
R — универсальная газовая постоянная (0,0821 л • атм/град),
Т — абсолютная температура,
С — молярная концентрация вещества (моль на 1 л раствора).
Для разбавленных водных растворов принимают молярную концентрацию практически равной концентрации моляльной, т.е.
С = Сm
Подставляя значение Сm из уравнения (ΔТзам = K*Сm ) в уравнение закона Вант-Гоффа, напишем:
π = R*T* ΔТзам/ К
Заменив буквенные выражения численными их значениями, находим:
π = 0,0821*273/1,86*ΔТзам
или
π = 12,06* ΔТзам
Вопросы для самоконтроля
1. Какие факторы влияют на изменение температуры замерзания и температуры кипения растворов.
2. В чем состоит физический смысл криоскопической постоянной.
3. Зависит ли коэффициент Вант-Гоффа от степени электролитической диссоциации?
4. Какова роль осмотическое давления в жизни клеток?
5. Как изменится осмотическое давление, если концентрацию раствора увеличить в 2 раза, уменьшить в 2 раза?
6. Чем отличаются идеальные растворы от реальных растворов?
7. Как изменится температура замерзания раствора, если в раствор добавить того же самого растворителя?
8. Опишите принцип действия термометра Бекмана.