Лабораториялық жұмыс №1 Тұз еруінің интегралды жылуын анықтау

Екі компоненттен кем емес түзілген және белгілі бір шектерде құрамының үзіліссіз өзгеруіне қабілетті бірфазды жүйе ерітінді деп аталады. Ерітіндінің құрамын немесе оның концентрациясын әр түрлі әдістер көмегімен көрсетеді:

• 
  Салмақты процент немесе салмақты үлес;
  
• 
  Мольдік үлес еріген заттың (n₁) моль санының еріткіштің (n₂) және еріген заттың моль санының суммасына қатынасына тең
  

• 
  Молярлық (М) 1 л ерітіндідегі еріген заттың моль санына тең;
  
• 
  Моляльдық (m) – бұл 1000 г еріткіштегі еріген заттың моль саны;
  
• 
  Нормальдық (Н) – 1 л ерітіндідегі еріген заттың грамм-эквивалент саны.
  

1. 
   біртекті және әртекті молекулалар арасындағы әсерлесу күштері шама бойынша жақын:
   

2. 
   идеалды ерітінділердің түзілгенде жылулық эффект байқалмайды: ∆Н = 0.
   
3. 
   идеалды ерітіндінің көлемі компоненттер көлемдерінің суммасына тең және идеалды ерітіндінің түзілуі көлемнің өзгеруінсіз өтеді:
   

4. 
   бір ерітіндінің басқа ерітіндіде өздігінен еруі энтропияның өсуімен қоса жүреді: ∆S > 0;
   
5. 
   идеалды ерітінділерге идеал газдар теориясының кейбір теңдеулер қолданылады.
   

P_A = P⁰_A * N_A P_B = P⁰_B * N_B (2)

Мұндағы P⁰_A, P⁰_В – А және В таза заттарының үстіндегі бу қысымы,

P_A, P_В – ерітінді үстіндегі А және В компоненттер буының парциалды қысымы (ерітінді үстіндегі будың жалпы қысымы P = P_A + P_B),

N_A, N_В – ерітіндідегі А және В заттардың мольдік үлестері.

Рауль заңы және идеалды ерітінділердің басқа да заңдылықтары сұйытылған ерітінділер құрамын, яғни еріген зат мөлшері еріткіштің мөлшеріне қарағанда аз болатын ерітінділерді зерттеу үшін қолданылуы мүмкін. Ұшқыш еріткіш пен ұшқыш емес немесе аз ұшатын еріген заттан түзілген сұйытылған ерітінді үшін Рауль заңы тек еріткішке ғана қолданылуы мүмкін:

Мына жағдайда Рауль заңы былай оқылады: «Ұшқыш емес зат ерітіндісінің (бейэлектролит) үстіндегі еріткіштің қаныққан бу қысымының салыстырмалы азаюы еріген заттың мольдік үлесіне тең».

Рауль заңынан шығады: кез келген температурада Т таза еріткіш P⁰_A үстіндегі еріткіштің қаныққан бу қысымы P_A ерітінді үстіндегісіне қарағанда үлкен болады. Осыдан айырма ∆Р = Р⁰_А – Р_А еріген заттың концентрациясы жоғары болса, оңда дұрыс болады.
РАУЛЬ ЗАҢЫН ҚОЛДАНУ

Рауль заңына сәйкес еріткіште, мысалы, суда аз ұшатын зат (бейэлектролит) ерігенде ерітінді үстіндегі еріткіштің қаныққан бу қысымы төмендейді. Үштік нүктенің жанындағы А компоненттің күй диаграммасын 1 суретте қарастырайық.

ОА – таза еріткіш (А) үшін қаныққан бу қысымының (Р⁰_А) температураға тәуелділігі

ВС және ДЕ – еріткіштің (Р_А) қаныққан бу қысымының әр түрлі концентрациялы (m₁ > m₂) 1 және 2 ерітінді немесе 1 және 2 ерітінділер булану сызығы үстіндегі температураға тәуелділігі.

Ерітіндінің қайнау температурасы еріткіштің қайнау температурасынан артық, яғни ол еріткішке қарағанда ерітіндінің қаныққан бу қысымы төмендеуінің негізгі салдары болады. Қайнау температурасының өсуі еріген заттың концентрациясына пропорционалды болады:

∆T_кип = E * m (4)

мұндағы, ∆T_кип – қайнау температурасының өсуі,

m – ерітіндінің мольдік концентрациясы,

Е – еріткіштің табиғатына ғана тәуелді эбулиоскопиялық тұрақты деп аталатын тұрақты шама.

Егер ерітіндінің концентрациясы m=1, онда ∆T_кип = E, яғни эбулиоскопиялық тұрақты ерітіндінің қайнау температурасының өсуіне тең болады. Таза еріткішке қарағанда 1000 г еріткіштегі ұшқыш емес заттың 1 молі қаәнау температураның моляльды өсуі деп аталады.

Ұшқыш емес заттың үстіндегі бу қысымы өсуінің тағы бір салдары: таза еріткіштің қату температурасы сұйық және қатты фазалар үстіндегі оның бу қысымының теңдік шартымен анықталады. 1 суретте ОД сызығы – қатты күйдегі (егер еріткіш су: мұз) еріткіштің қаныққан бу қысымының тәуелділігі.

Т_0зам – еріткіштің қату температурасы.

Егер ерітінді қатқанда таза еріткіш түзілсе, онда ерітінді үстіндегі бу қысымы да қатты күйдегі еріткіштің қысымына тең болуы керек. Т_1зам, Т_2зам – 1 және 2 ерітінділерінің қату температуралары. Қату температурасының кемуі еріген заттың концентрациясына пропорционалды болады:

∆T_зам = К_зам * m (5)

мұндағы, К_зам – криоскопиялық тұрақты немесе қату температурасының мольдік кемуі.

К_зам физикалық мағынасы: ол ерітіндінің қату температурасының төмендеуіне тең (таза еріткішке қарағанда 1000 г еріткіште ұшқыш емес заттың 1 молі), яғни m = 1 болғанда, ∆T_зам = К_зам.

Ерітінділердің қайнау және қату температураларының өлшеулерінде заттардың молекулярлы массаларын анықтаудың эбулиоскопиялық және криоскопиялық әдістері негізделген. Криоскопиялық әдіс (криоскопия) өте көп қолданылады, себебі, әр түрлі еріткіштерді қолданып, кез келген заттардың молекулярлы массаларын анықтауға болады.

Осыдан:

мұндағы, М_В – еріген заттың молекулярлы массасы,

g_B – еріген заттың массасы,

G_A - еріткіштің массасы.

мұндағы, V_A – еріткіштің көлемі,

d_A – еріткіштің тығыздығы.

Сайып келгенде, ерітіндінің ∆t_зам эксперименталды шамасын анықтап, еріген заттың молекулярлы массасын табуға болады.