Оформление результатов работы.

Исследуемая система	Температура замерзания	Понижение температуры замерзания раствора DТ = Т0– Т
приближенная	точная	средняя
Н2О
Раствор

Растворитель – вода (Н₂О), масса растворителяq₀, масса растворенного веществаq= 1г.

Вычисление молярной массы растворенного вещества проводят по формуле (4).

, где К = 1,86

При выполнении работы необходимо:

1. Следить, чтобы термометр не касался стенок пробирки.

2. Следить, чтобы кристаллы льда были полностью расплавлены, иначе не удастся переохладить раствор.

3. Следить, чтобы в охладительной смеси было достаточное количество льда, а температура ее была не выше (–3⁰С) и не ниже (–5⁰С).

4. Не прекращать помешивание (не слишком энергично) охладительной смеси во время замера показаний термометра.

Определение изотонического коэффициента и степени электролитической диссоциации электролитов по методу криоскопии Приборы и материалы

1. Криоскоп – прибор для криоскопических измерений

2. Термометр Бекмана

3. Термометр со шкалой от - 10°С до 10 – 50°С

4. Дистиллированная вода

5. Лед, соль для охлаждения

6. Электролиты: 0,1 mKCl; 0,1mBaCl₂; 0,1mCH₃COOH

Краткая теория к работе

Было замечено, что электролиты имеют более высокое осмотическое давление, а также замерзают при более низкой температуре и кипят при более высокой, чем неэлектролиты в растворах равных концентраций. Вант-Гофф пришел к выводу, что электролиты ведут себя так, словно содержат больше частиц, чем это соответствует числу молекул растворенного вещества. Электролиты диссоциируют на катионы и анионы. Поэтому в растворах электролитов содержится больше частиц, чем в растворах неэлектролитов. Осмотические и криоскопические закономерности зависят от общей концентрации частиц, а не от их природы. Следовательно, процесс электролитической диссоциации приводит к отклонениям от законов Вант-Гоффа и Рауля: P_эксп.¹P_теор., Т_эксп.¹Т_теор., гдеP_эксп.и Т_эксп.- экспериментально наблюдаемые для растворов электролитов осмотические давление и температура замерзания. Согласно Вант-Гоффу:

(VIII),

где i – поправочный коэффициент, который Вант-Гофф назвал изотоническим.

Зная изотонической коэффициент (i) и число ионов, образуемое одной молекулой электролита (n), можно вычислить степень электролитической диссоциацииa.

Возьмем 1 моль KCl, состоящий изN= 6,02×10²³молекул. Отношение количества диссоциированных молекул к общему числу растворенных молекул до диссоциации называется по Аррениусу степенью диссоциацииa. Пусть степень диссоциацииa, тогда в недиссоциированном виде останется 1 –aмоль его илиN(1 –a) молекул и появляетсяaмоль илиN×aионов К⁺иaмоль илиN×aионовCl^-, в сумме всего (1 –a) +a+a= 1 +aмоль илиN(1 +a) частиц. Следовательно, изотонический коэффициент (множитель Вант-Гоффа), показывающий во сколько раз больше частиц в растворе по сравнению с ожидаемым по формуле вещества (диссоциации), равен , откуда степень диссоциацииa= i – 1.

В случае BaCl₂в недиссоциированном виде остается 1 -aмоль, образуетсяaмоль ионовBa⁺⁺и 2aмоль ионовCl^-, поэтому в сумме получим (1 -a) + 2a+a= (1 + 2a) в растворе, следовательно, или .

В общем случае, когда молекула распадается на nчастиц в растворе, найдем 1 -aмоль недиссоциированного вещества иnионов, в сумме 1 + (n– 1)×aчастиц, тогда i = 1 + (n-1)×aили

Согласно классическим представлениям, данное уравнение применимо для любых (как слабых, так и сильных) электролитов. Согласно учению о сильных электролитах, принимающему для них a=1, это соотношение описывает только введение для слабых электролитов.

Данные экспериментов заносят в таблицу:

Электролит	m, (моль/1000г Н2О)	tз	Dtэксп.	Dtтеор.= K× m
KCl
BaCl2
CH3COOH

4) Диффу́зия (лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание, взаимодействие) — процесс взаимного проникновения молекул или атомов одного вещества между молекулами или атомами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму^[1]. В некоторых ситуациях одно из веществ уже имеет выравненную концентрацию и говорят о диффузии одного вещества в другом. При этом перенос вещества происходит из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией (вдоль вектора градиента концентрации).

Примером диффузии может служить перемешивание газов (например, распространение запахов) или жидкостей (если в воду капнуть чернил, то жидкость через некоторое время станет равномерно окрашенной). Другой пример связан с твёрдым телом: атомы соприкасающихся металлов перемешиваются на границе соприкосновения. Важную роль диффузия частиц играет в физике плазмы.

Скорость протекания диффузии зависит от многих факторов. Так, в случае металлического стержня тепловая диффузия проходит с огромной скоростью. Если же стержень изготовлен из синтетического материала, тепловая диффузия протекает медленно. Диффузия молекул в общем случае протекает ещё медленнее. Например, если кусочек сахара опустить на дно стакана с водой и воду не перемешивать, то пройдёт несколько недель, прежде чем раствор станет однородным. Ещё медленнее происходит диффузия одного твёрдого вещества в другое. Например, если медь покрыть золотом, то будет происходить диффузия золота в медь, но при нормальных условиях (комнатная температура и атмосферное давление) золотосодержащий слой достигнет толщины в несколько микронов только через несколько тысяч лет. Другой пример: на золотой слиток был положен слиток свинца, и под грузом за пять лет свинцовый слиток проник в золотой слиток на сантиметр.

Первое количественное описание процессов диффузии было дано немецким физиологом А. Фиком в 1855 году.

О́смос (от греч. ὄσμος — толчок, давление) — процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону бо́льшей концентрации растворённого вещества из объёма с меньшей концентрацией растворенного вещества.

Более широкое толкование явления осмоса основано на применении Принципа Ле Шателье — Брауна: если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий равновесия (температура, давление, концентрация, внешнее электромагнитное поле), то в системе усиливаются процессы, направленные на компенсацию внешнего воздействия.

Частично проницаемая мембрана — мембрана, разделяющая две жидкие или газообразные фазы, обеспечивающая под действием движущей силы селективный перенос компонентов этих фаз^[1]. Также называется избирательно-проницаемой мембраной, полупроницаемой мембраной или дифференциально-проницаемой мембраной.,

Описание

Она позволяет определённым молекулам или ионам проходить через неё благодаря диффузии. Скорость прохождения зависит от давления, концентрации и температуры молекулы или растворённых веществ с обеих сторон, а также проницаемости мембраны для каждого раствора.

Частично проницаемые мембраны делятся на биологические и синтетические; последние, в свою очередь, подразделяются на полимерные и неорганические. Существуют различные классификации мембран: по типу структуры мембраны делят на пористые и непористые (диффузионные); по агрегатному состоянию они могут быть твердыми и жидкими; по особенностям морфологии различают гомогенные, асимметричные, композитные, половолоконные мембраны и т. п.; по типу вещества мембраны подразделяют на полимерные, металлические, стеклянные, керамические, цеолитные и т. п. Движущей силой мембранных процессов могут служить градиенты давления, концентрации, температуры или электрического потенциала. Основные характеристики мембран — селективность (коэффициент разделения), проницаемость, стабильность, химическая и термическая устойчивость^[1].

Определению мембраны удовлетворяет и понятие «фильтр», однако под фильтром обычно понимается структура, разделяющая компоненты большего размера (1–10 мкм)^[1].

Осмотическое давление (обозначается π) — избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану (осмос). Это давление стремится уравнять концентрации обоих растворов вследствие встречной диффузии молекул растворённого вещества и растворителя.

Мера градиента осмотического давления, то есть различия водного потенциала двух растворов, разделённых полупроницаемой мембраной, называется тоничностью. Раствор, имеющий более высокое осмотическое давление по сравнению с другим раствором, называется гипертоническим, имеющий более низкое — гипотоническим.

Осмотическое давление может быть весьма значительным. В дереве, например, под действием осмотического давления растительный сок (вода с растворёнными в ней минеральными веществами) поднимается по ксилеме от корней до самой верхушки. Одни только капиллярные явления не способны создать достаточную подъёмную силу — например, секвойям требуется доставлять раствор на высоту до 100 метров. При этом в дереве движение концентрированного раствора, каким является растительный сок, ничем не ограничено.

Взаимодействие эритроцитов с растворами в зависимости от их осмотического давления.

Если же подобный раствор находится в замкнутом пространстве, например, в клетке крови, то осмотическое давление может привести к разрыву клеточной мембраны. Именно по этой причине лекарства, предназначенные для введения в кровь, растворяют в изотоническом растворе, содержащем столько хлорида натрия (поваренной соли), сколько нужно, чтобы уравновесить создаваемое клеточной жидкостью осмотическое давление. Если бы вводимые лекарственные препараты были изготовлены на воде или очень сильно разбавленном (гипотоническом по отношению к цитоплазме) растворе, осмотическое давление, заставляя воду проникать в клетки крови, приводило бы к их разрыву. Если же ввести в кровь слишком концентрированный раствор хлорида натрия (3—10 %, гипертонические растворы), то вода из клеток будет выходить наружу, и они сожмутся. В случае растительных клеток происходит отрыв протопласта от клеточной оболочки, что называется плазмолизом. Обратный же процесс, происходящий при помещении сжавшихся клеток в более разбавленный раствор, — соответственно, деплазмолизом.

Величина осмотического давления, создаваемая раствором, зависит от количества, а не от химической природы растворенных в нём веществ (или ионов, если молекулы вещества диссоциируют), следовательно, осмотическое давление является коллигативным свойством раствора. Чем больше концентрация вещества в растворе, тем больше создаваемое им осмотическое давление. Это правило, носящее название закона осмотического давления, выражается простой формулой, очень похожей на некий закон идеального газа:

π = i ⋅ C ⋅ R ⋅ T {\displaystyle \pi =i\cdot C\cdot R\cdot T} ,

где i — изотонический коэффициент раствора; C — молярная концентрация раствора, выраженная через комбинацию основных единиц СИ, то есть, в моль/м³; R — универсальная газовая постоянная; T — термодинамическая температура раствора.

Это показывает также схожесть свойств частиц растворённого вещества в вязкой среде растворителя с частицами идеального газа в воздухе. Правомерность этой точки зрения подтверждают опыты Ж. Б. Перрена (1906): распределение частичек эмульсии смолы гуммигута в толще воды в общем подчинялось закону Больцмана.

Осмотическое давление, которое зависит от содержания в растворе белков, называется онкотическим (0,03—0,04 атм). При длительном голодании, болезни почек концентрация белков в крови уменьшается, онкотическое давление в крови снижается и возникают онкотические отёки: вода переходит из сосудов в ткани, где π_ОНК больше. При гнойных процессах π_ОНК в очаге воспаления возрастает в 2—3 раза, так как увеличивается число частиц из-за разрушения белков.

В организме осмотическое давление должно быть постоянным (около 7,7 атм). Поэтому пациентам вводят изотонические растворы (растворы, осмотическое давление которых равно π_плазмы ≈ 7,7 атм. (0,9 % NaCl — физиологический раствор, 5 % раствор глюкозы). Гипертонические растворы, у которых π больше, чем π_плазмы, применяются в медицине для очистки ран от гноя (10 % NaCl), для удаления аллергических отёков (10 % CaCl₂, 20 % глюкоза), в качестве слабительных лекарств (Na₂SO₄∙10H₂O, MgSO₄∙7H₂O).

Закон осмотического давления можно использовать для расчёта молекулярной массы данного вещества (при известных дополнительных данных).