ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΙ ΙΔΑΝΙΚΟΥ ΔΙΑΛΥΜΑΤΟΣ ΜΕΘ’ ΕΤΕΡΑΣ ΦΑΣΕΩΣ ΕΚ ΚΑΘΑΡΟΥ ΔΙΑΛΥΤΟΥ Προσδιορισμός μοριακού βάρους κρυοσκοπικώς

Προσδιορισμός της Γραμμομοριακής Μάζας ουσίας με την μέθοδο της Κρυοσκοπίας

Χ. Ματραλής v.201803

Γραμμομοριακή Μάζα, Μ

• Μονάδες στο S.I. kg mol-1

• Συνήθως σε g mol-1

Χ. Ματραλής v.201803

Αθροιστικές Ιδιότητες Διαλυμάτων

• Μείωση της τάσης ατμών του διαλύτη

• Εμφάνιση Ωσμωτικής Πίεσης

• Ταπείνωση του Σημείου Πήξεως του διαλύτη

• Ανύψωση του Σημείου Ζέσεως του διαλύτη

Σε αραιά διαλύματα ( ιδανικά) οι ιδιότητες αυτές

• εξαρτώνται από τη φύση του διαλύτη

• δεν εξαρτώνται από τη φύση των διαλυμένων σωματιδίων

• εξαρτώνται από τον λόγο

Χ. Ματραλής v.201803

Αθροιστικές Ιδιότητες Διαλυμάτων

• Μείωση της τάσης ατμών του διαλύτη

• Εμφάνιση Ωσμωτικής Πίεσης

• Ταπείνωση του Σημείου Πήξεως του διαλύτη

• Ανύψωση του Σημείου Ζέσεως του διαλύτη

Σε αραιά διαλύματα ( ιδανικά) οι ιδιότητες αυτές

• εξαρτώνται από τη φύση του διαλύτη

• δεν εξαρτώνται από τη φύση των διαλυμένων σωματιδίων

• εξαρτώνται από τον λόγο

Χ. Ματραλής v.201803

Σημείο Πήξεως ουσίας

Η καμπύλη AC παριστά την μεταβολή του Σ.Π. με την πίεση.

• η στερεά φάση είναι σε ισορροπία με την υγρή

• η ταχύτητα με την οποία λειώνει (τήκεται) η ουσία είναι ίση με την ταχύτητα με την οποία στερεοποιείται (πήζει)

• τα χημικά δυναμικά της ουσίας (για T και P του σημείου) στην στερεή και στην υγρή κατάσταση είναι ίσα

Σε κάθε σημείο της καμπύλης AC H2O

Για δοσμένη πίεση, η θερμοκρασία στην οποία η υγρή ουσία στερεοποιείται. Στο Σ. Π. η στερεά και η υγρή κατάσταση της ουσίας βρίσκονται σε ισορροπία.

Χ. Ματραλής v.201803

Σημείο Πήξεως ουσίας

Η καμπύλη AC παριστά την μεταβολή του Σ.Π. με την πίεση.

• η στερεά φάση είναι σε ισορροπία με την υγρή

• η ταχύτητα με την οποία λειώνει (τήκεται) η ουσία είναι ίση με την ταχύτητα με την οποία στερεοποιείται (πήζει)

• τα χημικά δυναμικά της ουσίας (για T και P του σημείου) στην στερεή και στην υγρή κατάσταση είναι ίσα

Σε κάθε σημείο της καμπύλης AC

Κανονικό Σ.Π.

Κανονικό Σ.Ζ.

H2O

Για δοσμένη πίεση, η θερμοκρασία στην οποία η υγρή ουσία στερεοποιείται. Στο Σ. Π. η στερεά και η υγρή κατάσταση της ουσίας βρίσκονται σε ισορροπία.

Χ. Ματραλής v.201803

Σημείο Πήξεως ουσίας

Η καμπύλη AC παριστά την μεταβολή του Σ.Π. με την πίεση.

• η στερεά φάση είναι σε ισορροπία με την υγρή

• η ταχύτητα με την οποία λειώνει (τήκεται) η ουσία είναι ίση με την ταχύτητα με την οποία στερεοποιείται (πήζει)

• τα χημικά δυναμικά της ουσίας (για T και P του σημείου) στην στερεή και στην υγρή κατάσταση είναι ίσα

Σε κάθε σημείο της καμπύλης AC

Κανονικό Σ.Π.

Σ.Π. σε πίεση P Κανονικό Σ.Ζ.

Σ.Ζ. σε πίεση P

P

H2O

Για δοσμένη πίεση, η θερμοκρασία στην οποία η υγρή ουσία στερεοποιείται. Στο Σ. Π. η στερεά και η υγρή κατάσταση της ουσίας βρίσκονται σε ισορροπία.

Χ. Ματραλής v.201803

Χ

ημικ

ό δυ

ναμι

κό σ

ε πίε

ση P

Θερμοκρασία

Ουσία (l)

Ουσία (g)

Ουσία (s)

Σ.Π

. σε

πίεσ

η P

Σ.Ζ

. σε

πίεσ

η P

Tf* Tb

*

Για δοσμένη πίεση, η θερμοκρασία στην οποία η υγρή ουσία στερεοποιείται. Στο Σ. Π. η στερεά και η υγρή κατάσταση της ουσίας βρίσκονται σε ισορροπία.

Χ. Ματραλής v.201803

Ταπείνωση του Σημείου Πήξεως του διαλύτη

Όλες οι αθροιστικές ιδιότητες πηγάζουν από την μείωση του χημικού δυναμικού του υγρού διαλύτη που προκαλεί η παρουσία της διαλυμένης

ουσίας.

Χημικό δυναμικό του διαλύτη στο διάλυμα

Σε αραιά (ιδανικά) διαλύματα ισχύει ότι:

Χημικό δυναμικό του καθαρού διαλύτη

Γραμμομοριακό κλάσμα του διαλύτη στο διάλυμα

Χ. Ματραλής v.201803

Χ

ημικ

ό δυ

ναμι

κό σ

ε πίε

ση P

Θερμοκρασία

Διαλύτης (l)

Διαλύτης (g)

Διαλύτης (s)

Σ.Π

. καθ

αρού

Δια

λύτη

Σ.Ζ

. καθ

αρού

Δια

λύτη

Tf* Tb

*

Σημείο Πήξεως του καθαρού διαλύτη

Χ. Ματραλής v.201803

Διαλύτης (l) στο διάλυμα

Χημ

ικό

δυνα

μικό

σε π

ίεση

P

Θερμοκρασία

Διαλύτης (l)

Διαλύτης (g)

Διαλύτης (s)

Σ.Π

. καθ

αρού

Δια

λύτη

Σ.Ζ

. καθ

αρού

Δια

λύτη

Tf* Tb

*

Σημείο Πήξεως του διαλύτη στο διάλυμα Η διαλυμένη ουσία επιλέγεται έτσι ώστε: • Να μην διαλύεται στον στερεό

διαλύτη

• Να έχει αμελητέα τάση ατμών

Χ. Ματραλής v.201803

Διαλύτης (l) στο διάλυμα

Σ.Π

. Δια

λύτη

στο

διά

λυμα

Σ.Ζ

. Δια

λύτη

στο

διά

λυμα

Tf

Tb

Χημ

ικό

δυνα

μικό

σε π

ίεση

P

Θερμοκρασία

Διαλύτης (l)

Διαλύτης (g)

Διαλύτης (s)

Σ.Π

. καθ

αρού

Δια

λύτη

Σ.Ζ

. καθ

αρού

Δια

λύτη

Tf* Tb

*

Σημείο Πήξεως του διαλύτη στο διάλυμα

Χ. Ματραλής v.201803

Ταπείνωση του Σημείου Πήξεως του διαλύτη

ΔTf = Tf* - Tf

Διαλύτης (l) στο διάλυμα

Σ.Π

. Δια

λύτη

στο

διά

λυμα

Σ.Ζ

. Δια

λύτη

στο

διά

λυμα

Tf

Tb

Χημ

ικό

δυνα

μικό

σε π

ίεση

P

Θερμοκρασία

Διαλύτης (l)

Διαλύτης (g)

Διαλύτης (s)

Σ.Π

. καθ

αρού

Δια

λύτη

Σ.Ζ

. καθ

αρού

Δια

λύτη

Tf* Tb

*

Χ. Ματραλής v.201803

Ταπείνωση του Σημείου Πήξεως του διαλύτη

ΔTf = Tf* - Tf

Χ. Ματραλής v.201803

Ταπείνωση του Σημείου Πήξεως του διαλύτη

ΔTf = Tf* - Tf

Κρυοσκοπική Σταθερά του Διαλύτη • Εξαρτάται μόνο από τη φύση του διαλύτη

• R η σταθερά των αερίων (8,314 J K-1 mol-1) • Tf* το Σ.Π. του καθαρού διαλύτη (K) • MA η γραμμομοριακή μάζα του διαλύτη (kg mol-1) • ΔHτηξ η γραμμομοριακή λανθάνουσα θερμότητα τήξης

του καθαρού διαλύτη (J mol-1) • Οι μονάδες της Kf στο S.I. είναι (K kg mol-1) • Η Kf του νερού είναι 1,858 K kg mol-1

Kf

Χ. Ματραλής v.201803

Ταπείνωση του Σημείου Πήξεως του διαλύτη

ΔTf = Tf* - Tf

Molality (Γραμμομοριακότητα κατά βάρος)

• Ανεξάρτητη από τη θερμοκρασία έκφραση συγκέντρωσης • Οι μονάδες της b στο S.I. είναι (mol kg-1)

b

Χ. Ματραλής v.201803

Παράδειγμα υπολογισμού της molality (b) διαλύματος

Έστω διάλυμα ουσίας Β σε διαλύτη Α. Ποια η molality, b, του διαλύματος αν δίνονται: ΜΒ η γραμμομοριακή μάζα της διαλυμένης ουσίας Β mΒ η μάζα της διαλυμένης ουσίας Β, και mΑ η μάζα του διαλύτη Α.

Χ. Ματραλής v.201803

Παράδειγμα υπολογισμού της molality (b) διαλύματος

Έστω διάλυμα ουσίας Β σε διαλύτη Α. Ποια η molality, b, του διαλύματος αν δίνονται: ΜΒ η γραμμομοριακή μάζα της διαλυμένης ουσίας Β mΒ η μάζα της διαλυμένης ουσίας Β, και mΑ η μάζα του διαλύτη Α.

Χ. Ματραλής v.201803

Παράδειγμα υπολογισμού της molality (b) διαλύματος

Έστω διάλυμα ουσίας Β σε διαλύτη Α. Ποια η molality, b, του διαλύματος αν δίνονται: ΜΒ η γραμμομοριακή μάζα της διαλυμένης ουσίας Β mΒ η μάζα της διαλυμένης ουσίας Β, και mΑ η μάζα του διαλύτη Α.

Εφαρμογή Σε 13,25 g διαλύματος ουσίας Β σε διαλύτη Α περιέχονται 12,5 g διαλύτη. Αν η γραμμομοριακή μάζα της διαλυμένης ουσίας Β είναι 60 g/mol, τότε ποια η molality, b, του διαλύματος;

Χ. Ματραλής v.201803

Παράδειγμα υπολογισμού της molality (b) διαλύματος

Εφαρμογή Σε 13,25 g διαλύματος ουσίας Β σε διαλύτη Α περιέχονται 12,5 g διαλύτη. Αν η γραμμομοριακή μάζα της διαλυμένης ουσίας Β είναι 60 g/mol, τότε ποια η molality, b, του διαλύματος;

• Προσοχή στις μονάδες ! • Η molality, b, εκφράζεται πάντα σε (mol kg-1)

Χ. Ματραλής v.201803

Ταπείνωση του Σημείου Πήξεως του διαλύτη

ΔTf = Tf* - Tf

Συντελεστής van 't Hoff

• NA ο αριθμός Avogadro (6,022 × 1023 mol-1) • Ο συντελεστής van 't Hoff είναι αδιάστατο μέγεθος • 1 mol ουσίας που διαλύεται δεν δίνει πάντα 1 mol σωματιδίων

στο διάλυμα! • Ο συντελεστής van 't Hoff αποτελεί μέτρο της επίδρασης που

έχει μια διαλυμένη ουσία στις αθροιστικές ιδιότητες των διαλυμάτων της.

• Για την πλειονότητα των υδατικών μη-ηλεκτρολυτικών διαλυμάτων, ο συντελεστής van 't Hoff είναι πρακτικώς ίσος με την μονάδα.

i

Χ. Ματραλής v.201803

Παράδειγμα υπολογισμού του συντελεστή van 't Hoff (i)

Έστω διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ. Ποιος ο συντελεστή van 't Hoff (i) αν δίνεται ο βαθμός διάστασης, α, του ΗΑ στις συνθήκες του διαλύματος.

Χ. Ματραλής v.201803

Παράδειγμα υπολογισμού του συντελεστή van 't Hoff (i)

Έστω διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ. Ποιος ο συντελεστή van 't Hoff (i) αν δίνεται ο βαθμός διάστασης, α, του ΗΑ στις συνθήκες του διαλύματος.

HA H+ + A-

x αx αx αx moles

Διαλύθηκαν Διαστάθηκαν / Παρήχθησαν

Χ. Ματραλής v.201803

Παράδειγμα υπολογισμού του συντελεστή van 't Hoff (i)

Έστω διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ. Ποιος ο συντελεστή van 't Hoff (i) αν δίνεται ο βαθμός διάστασης, α, του ΗΑ στις συνθήκες του διαλύματος.

HA H+ + A-

x αx αx αx

x-αx αx αx

moles

Διαλύθηκαν Διαστάθηκαν / Παρήχθησαν

Ποσότητες σωματιδίων στο διάλυμα

• Όταν η διαλυμένη ουσία διίσταται τότε i > 1 ! Χ. Ματραλής v.201803

Παράδειγμα υπολογισμού του συντελεστή van 't Hoff (i)

Εφαρμογή Ποιος είναι ο συντελεστή van 't Hoff (i) στα παρακάτω διαλύματα; 1. Αραιό υδατικό διάλυμα NaCl.

2. Αραιό υδατικό διάλυμα Al(NO3)3.

3. Αραιό διάλυμα οξικού οξέος σε βενζόλιο. Στις συνθήκες του διαλύματος κλάσμα α των μορίων του οξικού οξέος συνδέονται με δεσμούς υδρογόνου και σχηματίζουν διμερή (CH3COOH)2.

Χ. Ματραλής v.201803

Εφαρμογή Ποιος είναι ο συντελεστή van 't Hoff (i) στα παρακάτω διαλύματα; 1. Αραιό υδατικό διάλυμα NaCl.

2. Αραιό υδατικό διάλυμα Al(NO3)3.

3. Αραιό διάλυμα οξικού οξέος σε βενζόλιο. Στις συνθήκες του διαλύματος κλάσμα α των μορίων του οξικού οξέος συνδέονται με δεσμούς υδρογόνου και σχηματίζουν διμερή (CH3COOH)2.

Παράδειγμα υπολογισμού του συντελεστή van 't Hoff (i)

• Ο συντελεστής van 't Hoff (i) μπορεί να είναι μεγαλύτερος, ίσος ή και μικρότερος του 1 !

Χ. Ματραλής v.201803

Κρυοσκοπία.

Ο πειραματικός προσδιορισμός της ταπείνωσης του Σημείου Πήξεως μιας υγρής ουσίας που προκαλείται από την διάλυση σε αυτή διαφόρων ουσιών.

• Γραμμομοριακή μάζας διαλυμένης ουσίας.

• Καθαρότητα υγρής ουσίας

• Έλεγχος νοθείας (πχ νοθεία γάλακτος με νερό)

• Καταλληλότητα αντιψυκτικού μείγματος για δοσμένη εφαρμογή

• Βαθμός διάστασης διαλυμένης ουσίας

• …

Οδηγεί στην απόκτηση πληροφοριών για την διαλυμένη ουσία ή/και για τα διαλύματα.

Χ. Ματραλής v.201803

Προσδιορισμός της Γραμμομοριακής Μάζας ουσίας με την μέθοδο της Κρυοσκοπίας

ΔTf = Tf* - Tf

Χ. Ματραλής v.201803

Προσδιορισμός της Γραμμομοριακής Μάζας ουσίας με την μέθοδο της Κρυοσκοπίας

ΔTf = Tf* - Tf

1. Προσδιορίζουμε τα ΔTf (σχ. 1) για διαλύματα που περιέχουν την ίδια μάζα διαλύτη (mA) αλλά διαφορετικές μάζες διαλυμένης ουσίας (mB).

2. Από την γραφική παράσταση των ΔTf έναντι των μαζών mB προσδιορίζουμε την κλίση (κ) της βέλτιστης ευθείας (σχ. 3).

3. Από τις (σχ. 2 και σχ. 3) έχουμε:

1 2

Η (σχ. 2) είναι της μορφής: 3

Χ. Ματραλής v.201803

Διάταξη για τον προσδιορισμό του Σ.Π.

ΔTf = Tf* - Tf

Χ. Ματραλής v.201803

Διάταξη για τον προσδιορισμό του Σ.Π.

ΔTf = Tf* - Tf

Χ. Ματραλής v.201803

Καμπύλη ψύξης καθαρού διαλύτη

ΔTf = Tf* - Tf

Χ. Ματραλής v.201803

Καμπύλη ψύξης καθαρού διαλύτη

ΔTf = Tf* - Tf

Χ. Ματραλής v.201803

Καμπύλη ψύξης καθαρού διαλύτη

Χ. Ματραλής v.201803

Καμπύλη ψύξης καθαρού διαλύτη

Χ. Ματραλής v.201803

Καμπύλη ψύξης καθαρού διαλύτη

Χ. Ματραλής v.201803

Καμπύλη ψύξης καθαρού διαλύτη

Χ. Ματραλής v.201803

Διάταξη για τον προσδιορισμό του Σ.Π.

ΔTf = Tf* - Tf

Χ. Ματραλής v.201803

Καμπύλη ψύξης διαλύματος

ΔTf = Tf* - Tf

Χ. Ματραλής v.201803

Καμπύλη ψύξης διαλύματος

Καμπύλη ψύξης καθαρού διαλύτη ?

Χ. Ματραλής v.201803

ΔTf = Tf* - Tf

Προσδιορισμός της Γραμμομοριακής Μάζας ουσίας με την μέθοδο της Κρυοσκοπίας

( mΒ , ΔTf )

Χ. Ματραλής v.201803

Προσδιορισμός της Γραμμομοριακής Μάζας ουσίας με την μέθοδο της Κρυοσκοπίας

ΔTf = Tf* - Tf

1. Προσδιορίζουμε τα ΔTf (σχ. 1) για διαλύματα που περιέχουν την ίδια μάζα διαλύτη (mA) αλλά διαφορετικές μάζες διαλυμένης ουσίας (mB).

2. Από την γραφική παράσταση των ΔTf έναντι των μαζών mB προσδιορίζουμε την κλίση (κ) της βέλτιστης ευθείας (σχ. 3).

3. Από τις (σχ. 2 και σχ. 3) έχουμε:

1 2

Η (σχ. 2) είναι της μορφής: 3

Χ. Ματραλής v.201803

ΔTf = Tf* - Tf

Προσδιορισμός της Γραμμομοριακής Μάζας ουσίας με την μέθοδο της Κρυοσκοπίας

Διάλυμα Μάζα διαλύτη

Μάζα ουσίας

Ταπείνωση Σ.Π.

1 mA (mB )1 (ΔTf )1

2 mA (mB )2 (ΔTf )2

3 mA (mB )3 (ΔTf )3

4 mA (mB )4 (ΔTf )4

( mΒ , ΔTf )

Χ. Ματραλής v.201803

Προσδιορισμός της Γραμμομοριακής Μάζας ουσίας με την μέθοδο της Κρυοσκοπίας

ΔTf = Tf* - Tf

1. Προσδιορίζουμε τα ΔTf (σχ. 1) για διαλύματα που περιέχουν την ίδια μάζα διαλύτη (mA) αλλά διαφορετικές μάζες διαλυμένης ουσίας (mB).

2. Από την γραφική παράσταση των ΔTf έναντι των μαζών mB προσδιορίζουμε την κλίση (κ) της βέλτιστης ευθείας (σχ. 3).

3. Από τις (σχ. 2 και σχ. 3) έχουμε:

1 2

Η (σχ. 2) είναι της μορφής: 3

Χ. Ματραλής v.201803