Bilinmeyen Bir Bileşiği Belirlemek için Donma Noktası Depresyonu

Donma noktası depresyonu, bir çözeltinin donma noktası saf çözücününkinden daha düşük olduğunda gözlemlenen olgudur.

Bu fenomen, çözünen ve çözücü molekülleri arasındaki etkileşimlerden kaynaklanır. Donma sıcaklıklarındaki fark, çözücü içinde çözünen çözünen parçacıkların sayısı ile doğru orantılıdır.

Uçucu olmayan bir çözünen maddenin molar kütlesi, çözücünün ve çözeltideki çözünen maddenin kütleleri biliniyorsa, donma sıcaklıklarındaki farktan hesaplanabilir.

Bu video, donma noktası depresyonu ile çözünen maddenin molar kütlesi arasındaki ilişkiyi, bilinmeyen bir çözünen maddenin molar kütlesini belirlemek için bir prosedürü ve donma sıcaklığındaki değişiklikleri indüklemek ve gözlemlemek için bazı gerçek dünya uygulamalarını tanıtacaktır.

Donma noktası depresyonu kolligatif bir özelliktir, yani yalnızca çözünen maddenin çözücü parçacıklarına oranından etkilenir, kimliklerinden değil.

Saf bir maddenin donma noktasında, erime ve donma oranları eşittir.

Bir çözelti, çözücüsünün donma noktasına kadar soğutulduğunda, çözücü molekülleri bir katı oluşturmaya başlar. Çözücü ve çözünen parçacıklardan oluşan karışık bir kafes oluşturmak için enerjik olarak daha az elverişlidir. Çözünen madde parçacıkları çözelti fazında kalır. Sadece çözücü-çözücü etkileşimleri kafes oluşumuna katkıda bulunur, bu nedenle çözücü-çözünen etkileşimleri, saf çözücününkine kıyasla donma oranını azaltır.

Donmanın başladığı sıcaklık, çözeltinin donma noktasıdır. Çözelti donarken soğumaya devam eder, ancak sıcaklıktaki bu sürekli düşüş, çözelti fazındaki artan çözünen konsantrasyonunu yansıtır.

Sonunda, çözelti sıcaklığı o kadar düşüktür ve sıvı fazda o kadar az çözücü kalır ki, çözünen parçacıkların bir kafes oluşturması uygun hale gelir. Bu noktaya ulaşıldığında, karışım katı hale gelene kadar sıcaklık yaklaşık olarak sabit kalır.

Çözünen maddenin molar kütlesi ve dolayısıyla çözünen maddenin tanımlanması, saf çözücünün donma noktası, çözeltinin donma noktası ve çözeltinin molalitesi arasındaki ilişkiden belirlenebilir. Molalite veya m, çözücünün kilogramı başına çözünen maddenin mol cinsinden konsantrasyonunun bir ölçüsüdür. Bu ilişki, çözücünün donma noktası depresyon sabitine ve çözünen formül birimi başına üretilen çözünen parçacık sayısına bağlıdır.

Molalite, molar kütle cinsinden ifade edilebilir, bu nedenle denklem, çözünen maddenin molar kütlesini çözmek için yeniden düzenlenebilir. Bunu donma noktası denklemine eklemek, sıcaklık farkı bilindiğinde molar kütlenin aydınlatılmasına izin verir. Artık donma noktası depresyonu fenomenini anladığınıza göre, donma noktası sıcaklıklarından bilinmeyen bir çözünen maddenin molar kütlesini belirlemek için bir prosedürden geçelim. Çözünen, çözünmüş formül birimi başına bir parçacık üreten iyonik olmayan, uçucu olmayan bir organik moleküldür ve çözücü sikloheksandır.

Bu deneye başlamak için, veri toplama için sıcaklık probunu bilgisayara bağlayın. Sıcaklık probunu ve bir karıştırıcıyı numune kabına yerleştirin.

Veri toplama süresini ve örnekleme oranını ayarlayın. Örneğin donması için veri toplamada yeterli zaman tanıyın.

Örnekleme için sıcaklık aralığının üst ve alt sınırlarını ayarlayın.

Temiz ve kuru bir test tüpüne 12 mL sikloheksan ekleyin. Sıcaklık probunu bir Kimwipe ile silin. Durdurucu tertibatı, sıcaklık probunun ucu sıvıda ortalanacak ve yanlara veya alt kısma temas etmeyecek şekilde test tüpüne yerleştirin.

Bir beherde, bir buzlu su banyosu hazırlayın. Ardından, sıcaklık verilerini toplamaya başlayın.

Test tüpünü, test tüpündeki sıvı seviyesinin yüzeyin altında olduğundan emin olarak buzlu su banyosuna yerleştirin. Sıvıyı sürekli olarak sabit bir oranda karıştırın.

Donma başladıktan sonra, çizim sabit bir sıcaklıkta düzleşene kadar veri toplamanın devam etmesine izin verin. Bu, saf siklohekzanın donma noktasıdır. Test tüpünü buzlu su banyosundan çıkarın ve oda sıcaklığına ısınmasına izin verin.

Sikloheksan eridikten sonra, bilinmeyen katı malzemeyi tartı kağıdına doğru bir şekilde tartın. Durdurucuyu test tüpünden çıkarın ve katıyı ekleyin. Bileşiğin test tüpüne yapışmasına izin vermekten kaçının.

Durdurucuyu değiştirin ve katı tamamen eriyene kadar çözeltiyi karıştırın. Katı kristallerin kalmaması önemlidir.

Veri toplama için parametreleri ayarlayın ve taze bir buzlu su banyosu hazırlayın. Toplamaya başlayın, test tüpünü banyoya yerleştirin ve sabit bir hızda sürekli karıştırın. Donma başladıktan sonra, artan çözünen madde konsantrasyonu nedeniyle donma noktası düşmeye devam eder. Bu düşüşün eğimi belirgin olana kadar veri toplamaya devam edin. Deney bittiğinde, bilinmeyen bileşiğin çözeltisinin oda sıcaklığına ısınmasına izin verin ve ardından organik atık prosedürlerine göre atın.

Bu deneyde, bilinmeyen maddenin beş olası bileşikten biri olduğu bilinmektedir: bifenil, bromoklorobenzen, naftalin, antrasen ve dibromobenzen. Bilinmeyenin kimliği, molar kütlesi bu bilinen maddelerle karşılaştırılarak belirlenebilir.

Bilinmeyen çözünen madde, çözünmüş formül birimi başına bir parçacık üretir. Bilinmeyen bileşiğin molar kütlesini, siklohekzanın donma noktası depresyon sabitini, kullanılan çözünen ve çözücünün kütlesini ve donma sıcaklıklarındaki farkı hesaplamak için gereklidir.

0.147 g bilinmeyen çözünen madde kullanılmıştır. Siklohekzanın donma noktası depresyon sabiti 20.2 ? Çözünen maddenin mol başına C-kg. Sikloheksanın yoğunluğu ve hacmi, çözücünün kütlesini hesaplamak için kullanılır.

Saf çözücünün donma noktası ve çözeltinin donma noktası değerleri grafiklerden belirlenir.

Bileşiğin, bu deneyde olduğu gibi birkaç olası bileşikten biri olduğu biliniyorsa, molar kütle basitçe bu bileşiklerle karşılaştırılabilir. Bu deney için sağlanan beş seçenekten naftalin en yakın eşleşmedir.

Donma noktası depresyonu olgusunun hem laboratuvar içinde hem de dışında birçok uygulaması vardır.

Donma noktası düşüşünün etkileri nedeniyle buzlu yolların tedavisinde sodyum klorür yerine kalsiyum klorür tercih edilir. Kalsiyum klorür, sodyum klorürden bir parçacık daha fazla serbest bıraktığından, suyun donma noktasını daha da düşürür ve böylece buzu daha düşük sıcaklıklarda eritir.

Bu çalışmada iki farklı demir-kükürt karışımı ile ergitme deneyi yapılmıştır. Kükürtün kütle fraksiyonu daha yüksek olan numune, deney sıcaklığında tamamen sıvı iken, daha az kükürtlü numune hala kısmen katıydı. Bu, artan safsızlıklarla, bu durumda kükürtün, gözlenen erime noktasının saf katıdan daha düşük olduğunu gösterir. Burada, iki örnek arasındaki erime noktası farkları, Dünya'nın çekirdeğinin oluşumu hakkında fikir veriyor.

JoVE'nin bilinmeyen bir bileşiğin kimliğini belirlemek için donma noktası depresyonunu kullanmaya başlamasını izlediniz. Artık donma noktası depresyonu olgusunu, donma noktası depresyonu ile çözünen maddenin molar kütlesi arasındaki ilişkiyi ve bu fenomenin çeşitli endüstriler için neden yararlı olduğunu anlamalısınız.

İzlediğiniz için teşekkürler!