اكتئاب نقطة التجمد لتحديد مركب غير معروف

انخفاض نقطة التجمد هو الظاهرة التي يتم ملاحظتها عندما تكون نقطة تجمد المحلول أقل من نقطة تجمد المذيب النقي.

تنتج هذه الظاهرة عن التفاعلات بين جزيئات المذاب والمذيبات. يتناسب الاختلاف في درجات حرارة التجمد طرديا مع عدد الجزيئات المذابة المذابة في المذيب.

يمكن حساب الكتلة المولية للمذاب غير المتطاير من الاختلاف في درجات حرارة التجمد إذا كانت كتل المذيب والمذاب في المحلول معروفة.

سيقدم هذا الفيديو العلاقة بين انخفاض نقطة التجمد والكتلة المولية للمذاب ، وهو إجراء لتحديد الكتلة المولية لمذاب غير معروف ، وبعض تطبيقات العالم الحقيقي لإحداث ومراقبة التغيرات في درجة حرارة التجمد.

اكتئاب نقطة التجمد هو خاصية تجميعية ، مما يعني أنه يتأثر فقط بنسبة جزيئات المذاب إلى المذيبات ، وليس هويتها.

عند نقطة تجمد المادة النقية ، تكون معدلات الذوبان والتجميد متساوية.

عندما يتم تبريد المحلول إلى نقطة تجمد مذيبه ، تبدأ جزيئات المذيبات في تكوين مادة صلبة. من الأقل ملاءمة لتشكيل شبكة مختلطة من جزيئات المذيبات والمذابة. تبقى الجزيئات المذابة في مرحلة المحلول. تساهم تفاعلات المذيبات والمذيبات فقط في تكوين الشبكة ، لذا فإن تفاعلات المذيبات المذاب تقلل من معدل التجميد مقارنة بتفاعلات المذيب النقي.

درجة الحرارة التي يبدأ عندها التجميد هي نقطة تجمد المحلول. يستمر المحلول في التبريد أثناء تجميده ، لكن هذا الانخفاض المستمر في درجة الحرارة يعكس زيادة تركيز المذاب في مرحلة المحلول.

في النهاية ، تكون درجة حرارة المحلول منخفضة جدا ويبقى القليل من المذيبات في الطور السائل بحيث يصبح من المناسب للجزيئات المذابة أن تشكل شبكة. بمجرد الوصول إلى هذه النقطة ، تظل درجة الحرارة ثابتة تقريبا حتى يتجمد الخليط صلبا.

يمكن تحديد الكتلة المولية للمذاب ، وبالتالي تحديد المذاب ، من العلاقة بين نقطة تجمد المذيب النقي ، ونقطة تجمد المحلول ، وموليالية المحلول. المولالية ، أو m ، هي مقياس للتركيز في مولات المذاب لكل كيلوغرام من المذيب. تعتمد هذه العلاقة على ثابت اكتئاب نقطة التجمد للمذيب وعدد الجسيمات المذابة المنتجة لكل وحدة صيغة تذوب.

يمكن التعبير عن المولالية من حيث الكتلة المولية ، لذلك يمكن إعادة ترتيب المعادلة لحل الكتلة المولية للمذاب. يسمح توصيل هذا بمعادلة نقطة التجمد بتوضيح الكتلة المولية ، بمجرد معرفة فرق درجة الحرارة. الآن بعد أن فهمت ظاهرة انخفاض درجة التجمد ، دعنا ننتقل إلى إجراء لتحديد الكتلة المولية لمذاب غير معروف من درجات حرارة نقطة التجمد. المذاب هو جزيء عضوي غير أيوني وغير متطاير ينتج جسيما واحدا لكل وحدة صيغة مذابة ، والمذيب هو الهكسان الحلقي.

لبدء هذه التجربة ، قم بتوصيل مسبار درجة الحرارة بالكمبيوتر لجمع البيانات. أدخل مسبار درجة الحرارة ومحرك في حاوية العينة.

حدد طول جمع البيانات ومعدل أخذ العينات. اترك وقتا كافيا في جمع البيانات حتى يتم تجميد العينة.

قم بتعيين الحدود العليا والدنيا لنطاق درجة الحرارة لأخذ العينات.

أضف 12 مل من الهكسان الحلقي إلى أنبوب اختبار نظيف وجاف. امسح مسبار درجة الحرارة باستخدام Kimwipe. أدخل مجموعة السدادة في أنبوب الاختبار بحيث يكون طرف مسبار درجة الحرارة متمركزا في السائل ولا يلمس الجانبين أو الأسفل.

في دورق ، قم بإعداد حمام ماء مثلج. ثم ابدأ في جمع بيانات درجة الحرارة.

ضع أنبوب الاختبار في حمام الماء المثلج ، مع التأكد من أن مستوى السائل في أنبوب الاختبار تحت السطح. حرك السائل باستمرار بمعدل ثابت.

بمجرد أن يبدأ التجميد ، اسمح بجمع البيانات بالاستمرار حتى تستقر المؤامرة عند درجة حرارة ثابتة. هذه هي نقطة تجمد الهكسان الحلقي النقي. قم بإزالة أنبوب الاختبار من حمام الماء المثلج واتركه يسخن إلى درجة حرارة الغرفة.

بمجرد ذوبان الهكسان الحلقي ، قم بوزن المادة الصلبة غير المعروفة بدقة على ورق الوزن. قم بإزالة السدادة من أنبوب الاختبار وأضف المادة الصلبة. تجنب السماح للمركب بالالتصاق بأنبوب الاختبار.

استبدل السدادة وحرك المحلول حتى يذوب المادة الصلبة تماما. من المهم ألا تبقى بلورات صلبة.

قم بتعيين معلمات جمع البيانات وإعداد حمام ماء مثلج عذب. ابدأ الجمع ، ضع أنبوب الاختبار في الحمام ، وحرك باستمرار بمعدل ثابت. بمجرد أن يبدأ التجميد ، تستمر نقطة التجمد في الانخفاض بسبب زيادة تركيز المذاب. استمر في جمع البيانات حتى يتضح ميل هذا الانخفاض. عند انتهاء التجربة ، اترك محلول المركب المجهول يسخن إلى درجة حرارة الغرفة ثم تخلص منه وفقا لإجراءات النفايات العضوية.

في هذه التجربة ، من المعروف أن المادة المجهولة هي واحدة من خمسة مركبات محتملة: ثنائي الفينيل ، وبروموكلورو البنزين ، والنفثالين ، والأنثراسين ، وثنائي البروم بنزين. يمكن تحديد هوية المجهول من خلال مقارنة كتلته المولية بهذه المواد المعروفة.

ينتج المذاب غير المعروف جسيما واحدا لكل وحدة صيغة مذابة. لحساب الكتلة المولية للمركب المجهول ، هناك حاجة إلى ثابت اكتئاب نقطة التجمد للهكسان الحلقي ، وكتلة المذاب والمذيب المستخدم ، والفرق في درجات حرارة التجمد.

تم استخدام 0.147 جم من المذاب غير المعروف في هذا المثال. ثابت اكتئاب نقطة التجمد للهكسان الحلقي هو 20.2 درجة مئوية كجم لكل مول من المذاب. تستخدم كثافة وحجم الهكسان الحلقي لحساب كتلة المذيب.

يتم تحديد قيم نقطة تجمد المذيب النقي ونقطة تجمد المحلول من المؤام.

إذا كان المركب معروفا بأنه أحد المركبات القليلة المحتملة ، كما في هذه التجربة ، فيمكن ببساطة مقارنة الكتلة المولية بهذه المركبات. من بين الخيارات الخمسة المقدمة لهذه التجربة ، النفثالين هو أقرب تطابق.

ظاهرة انخفاض نقطة التجمد لها تطبيقات عديدة داخل المختبر وخارجه.

يفضل كلوريد الكالسيوم على كلوريد الصوديوم لمعالجة الطرق الجليدية بسبب آثار انخفاض نقطة التجمد. نظرا لأن كلوريد الكالسيوم يطلق جسيما واحدا أكثر من كلوريد الصوديوم ، فإنه يخفض نقطة تجمد الماء بشكل أكبر وبالتالي يذوب الجليد في درجات حرارة منخفضة.

في هذه الدراسة ، أجريت تجربة ذوبان بمخاليطين مختلفين من الحديد والكبريت. كانت العينة ذات الجزء الكتلي الأعلى من الكبريت سائلة تماما عند درجة حرارة التجربة ، في حين أن العينة التي تحتوي على نسبة أقل من الكبريت كانت لا تزال صلبة جزئيا. هذا يدل على أنه مع زيادة الشوائب ، في هذه الحالة الكبريت ، تكون نقطة الانصهار المرصودة أقل من نقطة الانصهار الصلبة النقية. هنا ، تضفي اختلافات نقطة الانصهار بين العينتين نظرة ثاقبة لتكوين قلب الأرض.

لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لاستخدام اكتئاب نقطة التجمد لتحديد هوية مركب غير معروف. يجب أن تفهم الآن ظاهرة اكتئاب نقطة التجمد ، والعلاقة بين اكتئاب نقطة التجمد والكتلة المولية للمذاب ، ولماذا هذه الظاهرة مفيدة لمجموعة متنوعة من الصناعات.

شكرا للمشاهدة!