Vriespuntverlaging om een onbekende verbinding te bepalen

Bevriezingspuntverlaging is het fenomeen dat wordt waargenomen wanneer het vriespunt van een oplossing lager is dan dat van het zuivere oplosmiddel.

Dit fenomeen is het resultaat van interacties tussen de opgeloste stof en oplosmiddelmoleculen. Het verschil in vriestemperaturen is recht evenredig met het aantal opgeloste deeltjes in het oplosmiddel.

De molaire massa van een niet-vluchtige opgeloste stof kan worden berekend aan de hand van het verschil in vriestemperaturen als de massa's van het oplosmiddel en de opgeloste stof in de oplossing bekend zijn.

Deze video introduceert de relatie tussen bevriezingspuntverlaging en de molaire massa van de opgeloste stof, een procedure voor het bepalen van de molaire massa van een onbekende opgeloste stof en enkele praktische toepassingen van het induceren en observeren van veranderingen in het vriespunt.

Bevriezingspuntverlaging is een colligatieve eigenschap, wat betekent dat het alleen wordt beïnvloed door de verhouding tussen opgeloste stof en oplosmiddeldeeltjes, en niet door hun identiteit.?

Bij het vriespunt van een zuivere stof zijn de snelheden van smelten en bevriezen gelijk.

Wanneer een oplossing wordt afgekoeld tot het vriespunt van het oplosmiddel, beginnen de oplosmiddelmoleculen een vaste stof te vormen. Het is minder energetisch gunstig om een gemengde rooster van oplosmiddel- en opgeloste stofdeeltjes te vormen. De opgeloste deeltjes blijven in de oplossingsfase. Alleen oplosmiddel-oplosmiddel-interacties dragen bij aan de roostervorming, dus oplosmiddel-opgeloste stof-interacties verminderen de snelheid van bevriezing in vergelijking met die van het zuivere oplosmiddel.

De temperatuur waarop het bevriezen begint is het vriespunt van de oplossing. De oplossing blijft afkoelen terwijl het bevriest, maar deze voortdurende daling van de temperatuur weerspiegelt de toenemende concentratie opgeloste stof in de oplossingsfase.

Uiteindelijk is de oplossingtemperatuur zo laag en is er zo weinig oplosmiddel meer in de vloeibare fase dat het gunstig wordt voor de opgeloste deeltjes om een rooster te vormen. Zodra dit punt is bereikt, blijft de temperatuur ongeveer constant totdat het mengsel volledig bevroren is.

De molaire massa van de opgeloste stof, en dus de identiteit van de opgeloste stof, kan worden bepaald uit de relatie tussen het vriespunt van het zuivere oplosmiddel, het vriespunt van de oplossing en de molalititeit van de oplossing. Molalititeit, of m, is een maatstaf voor concentratie in mol van de opgeloste stof per kilogram oplosmiddel. Deze relatie hangt af van de bevriezingspuntverlagingsconstante van het oplosmiddel en het aantal opgeloste deeltjes dat wordt geproduceerd per formule-eenheid die oplost.

Molalititeit kan worden uitgedrukt in termen van molaire massa, dus de vergelijking kan worden herschikt om de molaire massa van de opgeloste stof op te lossen. Dit invoegen in de vriespuntvergelijking stelt de bepaling van de molaire massa mogelijk, zodra het temperatuurverschil bekend is. Nu u het fenomeen van bevriezingspuntverlaging begrijpt, laten we een procedure doorlopen voor het bepalen van de molaire massa van een onbekende opgeloste stof uit vriespunttemperaturen. De opgeloste stof is een niet-ionische, niet-vluchtige organische molecuul die één deeltje per formule-eenheid produceert dat oplost, en het oplosmiddel is cyclohexaan.

Om dit experiment te beginnen, sluit u de temperatuursonde aan op de computer voor gegevensverzameling. Plaats de temperatuursonde en een roerder in de steekproefcontainer.

Stel de lengte van de gegevensverzameling en de bemonsteringssnelheid in. Geef voldoende tijd in de gegevensverzameling voor het bevriezen van de steekproef.

Stel de bovenste en onderste limieten van het temperatuurbereik in om te bemonsteren.

Voeg 12 mL cyclohexaan toe aan een schone, droge testbuis. Veeg de temperatuursonde af met een Kimwipe. Plaats de stopsamenstelling in de testbuis zodat de punt van de temperatuursonde gecentreerd is in de vloeistof en de zijkanten of de bodem niet raakt.

Bereid in een beker een ijswaterbad voor. Begin vervolgens met de temperatuurgegevensverzameling.

Plaats de testbuis in het ijswaterbad, zorg ervoor dat het vloeistofniveau in de testbuis onder het oppervlak ligt. Roer het vloeistof voortdurend op een constante snelheid.

Zodra het bevriezen begint, laat de gegevensverzameling doorgaan totdat de plot is geëgaliseerd op een constante temperatuur. Dit is het vriespunt van zuiver cyclohexaan. Haal de testbuis uit het ijswaterbad en laat het opwarmen tot kamertemperatuur.

Zodra het cyclohexaan is gesmolten, weegt u het vaste onbekende materiaal nauwkeurig af op weegpapier. Verwijder de stop uit de testbuis en voeg het vaste stof toe. Voorkom dat de verbinding aan de testbuis hecht.

Plaats de stop terug en roer de oplossing totdat het vaste stof volledig is opgelost. Het is belangrijk dat er geen vaste kristallen overblijven.

Stel de parameters voor gegevensverzameling in en bereid een vers ijswaterbad voor. Begin met verzamelen, plaats de testbuis in het bad en roer voortdurend op een constante snelheid. Zodra het bevriezen begint, blijft het vriespunt dalen als gevolg van de toenemende oplosmiddelconcentratie. Blijf gegevens verzamelen totdat de helling van deze afname duidelijk is. Wanneer het experiment is voltooid, laat de oplossing van de onbekende verbinding opwarmen tot kamertemperatuur en gooi het vervolgens weg volgens de procedures voor organisch afval.

In dit experiment is bekend dat de onbekende stof een van de vijf mogelijke verbindingen is: bifenyl, broomchloorbenzeen, naftaleen, antraceen en dibroombenzeen. De identiteit van de onbekende stof kan worden bepaald door de molaire massa ervan te vergelijken met die van deze bekende stoffen.

De onbekende opgeloste stof produceert één deeltje