ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑΣ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1η:

« Kρυοσκοπία: Προσδιορισμός του μοριακού βάρους μη πτητικής οργανικής ένωσης

από την ταπείνωση του σημείου πήξεως».

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΟΜΑΔΑ : Ζ5

ΜΕΛΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΟΜΑΔΑΣ :

ΚΩΣΤΑΚΗ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ ΕΛΠΙΔΑ (1031439)

ΠΙΑΔΙΤΗ ΒΑΣΙΛΙΚΗ (1020262)

ΚΑΡΑΤΖΑ ΑΝΑΣΤΑΣΙΑ (1019500)

ΛΑΜΠΡΙΤΣΙΟΥ ΛΑΜΠΡΙΝΗ (1006622)

ΟΝΟΜΑ ΥΠΕΥΘΥΝΟΥ ΜΕΛΟΥΣ ΔΕΠ: ΚΛΕΠΕΤΣΑΝΗΣ ΠΑΥΛΟΣ

ΗΜΕΡ/ΝΙΑ ΔΙΕΞΑΓΩΓΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ: 10/11/2015 ΗΜΕΡ/ΝΙΑ ΥΠΟΒΟΛΗΣ ΕΚΘΕΣΗΣ: 19/11/2015

1

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Στην εργαστηριακή άσκηση που πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιήσαμε τη μέθοδο

της κρυοσκοπίας με στόχο τον προσδιορισμό της σχετικής μοριακής μάζας του

βενζοϊκού οξέος, μιας μη πτητικής οργανικής ένωσης. Στη συνέχεια από τις

γραφικές παραστάσεις που απεικονίζουν τη μεταβολή της θερμοκρασίας έναντι

του χρόνου και τη μείωση το σημείου τήξεως έναντι της αναλογίας μαζών βενζοϊκού

οξέος-δωδεκανικού οξέος, υπολογίζουμε το μοριακό βάρος του βενζοϊκού. Αυτό

βρέθηκε ίσο με 82,54 ενώ το θεωρητικό δεδομένο ΜΒ του οξέος είναι 122,12 g/mol.

Η απόκλιση που παρουσιάζεται είναι ίση με 32,41%.

2

ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ

Περίληψη……………………………………………………………………………1

Πίνακας Περιεχομένων……………………………………………………....2

Εισαγωγή…………………………………………………………………………...3

Θεωρία…………………………………………………………………………..…..4

Πειραματική Διάταξη και Διαδικασία……………………………..…..5

Επεξεργασία Μετρήσεων – Αποτελέσματα…………………..…….7

Ανάλυση Αποτελεσμάτων…………………………………………………...10

Συμπεράσματα……………………………………………………………………13

Ερωτήσεις……………………………………………………………………………14

Σύμβολα……………………………………………………………………………...17

Βιβλιογραφία…………………………………………………………………….…18

Παράρτηματα…………………………………………………………………….. 19

Παράρτημα Ι…………………………………………………………………….19

Παράρτημα ΙΙ……………………………………………………………………22

3

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Το ευρύτερο πλαίσιο στο οποίο κατατάσσεται η εργασία μας είναι ο προσδιορισμός

των μοριακών βαρών μη πτητικών οργανικών ενώσεων. Για τον προσδιορισμό αυτό

υπάρχουν αρκετές μέθοδοι, παραδείγματος χάρη ζεσεοσκοπία, φασματομετρία και

φασματομετρία μάζας. Στην εργαστηριακή άσκηση που πραγματοποιήθηκε

χρησιμοποιήσαμε τη μέθοδο της κρυοσκοπίας. Η χρήση αυτής της μεθόδου για τον

προσδιορισμό του μοριακού βάρους μιας μη πτητικής ένωσης προϋποθέτει να

λάβουμε υπόψη κάποιες παραμέτρους όπως η μείωση του σημείου τήξης του

καθαρού διαλύτη, η μοριακότητα κατά βάρος (molality)του διαλύματος καθώς και η

κρυοσκοπική σταθερά Kf του διαλύτη. Για τον υπολογισμό του μοριακού βάρους

του βενζοϊκού οξέος σε διαλύματά του με το δωδεκανικό οξύ κρίθηκε κατάλληλη η

μέθοδος της κρυοσκοπίας καθώς οι δύο ουσίες δεν αντιδρούν μεταξύ τους ούτε

υφίστανται αλλοίωση που δυσχεραίνει τις μετρήσεις στο διάλυμα. Επίσης είναι

σημαντικό να είναι ευδιάκριτη η μεταβολή της θερμοκρασίας κατά την εκτέλεση

του πειράματος και η φύση των οξέων ευνοεί την παρατήρηση αυτή. Τέλος πρέπει

να αναφερθεί ότι απαιτείται ιδιαίτερη προσοχή κατά παρασκευή των διαλυμάτων

και το χειρισμό των εργαστηριακών οργάνων προς αποφυγή σφαλμάτων ώστε να

επιτευχθεί ακρίβεια στις μετρήσεις.

4

ΘΕΩΡΙΑ

Σημείο τήξεως στη θερμοδυναμική καλείται η θερμοκρασία στην οποία υγρό και

στερεό βρίσκονται σε ισορροπία κάτω από εξωτερική πίεση 1atm . Μίγμα δύο

ενώσεων έχει σημείο τήξης χαμηλότερο από καθένα από τα συστατικά του.Η

ταπείνωση του σημείου τήξης του διαλύματος σε σχέση με το καθαρό διαλύτη

αποδίδεται στις προσμίξεις που παρεμβάλλονται στο κρυσταλλικό πλέγμα του

διαλύτη με αποτέλεσμα να το διακόπτουν και να εξασθενούν οι ελκτικές δυνάμεις

που συγκρατούν τα μόριά του στο κρυσταλλικό πλέγμα. Η σχέση η οποία αποδίδει

την ταπείνωση του σημείου τήξης σε διαλύματα ενώσεων που δεν είναι

ηλεκτρολύτες είναι η ακόλουθη: ΔΤF=Kf *m(1)

Όπου ΔΤ είναι η ταπείνωση του σημείου τήξεως Κf:η κρυοσκοπική σταθερά και m

είναι η μοριακότητα κατά βάρος (molality)του διαλύματος. Η παραπάνω σχέση

λαμβάνει την ακόλουθη μορφή εάν εκφράσουμε τη μοριακότητα κατά βάρος σε

σχέση με τις ποσότητες w1 και w2 της διαλυμένης ένωσης και του διαλύτη και το

μοριακό βάρος MB της διαλυμένης ένωσης αντίστοιχα:

ΔΤ=Kf*(1000*w1)/(w2*MB)

Η μέθοδος της κρυοσκοπίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί εάν πληρούνται οι

παρακάτω προϋποθέσεις: 1)η διαλυμένη ένωση να μην είναι πτητική 2) ο διαλύτης

να μην αντιδρά με τη διαλυμένη ένωση 3) η ένωση να διαλύεται πλήρως στο

συγκεκριμένο διαλύτη 4) η διαλυμένη ένωση να μην υφίστανται διάσταση ή

σύζευξη στο διάλυμα 5) το διάλυμα να είναι αρκετά αραιό ώστε ο διαλύτης να είναι

το μοναδικό συστατικό της στερεάς φάσης που αποβάλλεται κατά την ψύξη και 6)το

ΜΒ της ένωσης να δίνει μετρήσιμη και αξιοσημείωτη προϋπόθεση για τον

προσδιορισμό του σημείου τήξης είναι η κατασκευή των καμπυλών ψύξης του

διαλύτη και του διαλύματος χωριστά. Στο διάγραμμα που αναπαριστά τη

θερμοκρασία του καθαρού διαλύτη έναντι του χρόνου παρατηρείται μείωση της

θερμοκρασίας καθώς και το τήγμα ψύχεται έως ότου φθάσει σε μια συγκεκριμένη

τιμή στην οποία σταθεροποιείται. Παρατηρώντας την καμπύλη ψύξης του

διαλύματος βλέπουμε τη θερμοκρασία να μειώνεται δίχως να σταθεροποιείται για

ένα ορισμένο χρονικό διάστημα. Επίσης σε πολλά διαγράμματα συμβαίνει μείωση

της θερμοκρασίας κάτω από τη θερμοκρασία τήξεως. Το φαινόμενο αυτό κατά το

οποίο ένα υγρό δε στερεοποιείται αμέσως ακόμη και αν η θερμοκρασία του γίνει

μικρότερη και από τη θερμοκρασία τήξεως ονομάζεται υπέρτηξη (υπέρψυξη ή

υπόψυξη). Για την εμφάνιση του φαινομένου απαιτούνται οι εξής συνθήκες: α) να

μην υπάρχουν προσμίξεις β)απουσία διαταραχών στο σύστημα όπως ανάδευση που

5

θα μπορούσαν να εμποδίσουν το σχηματισμό μετασταθούς κατάστασης . Η

υπέρτηξη δυσκολεύει την εύρεση του σημείου τήξεως του καθαρού συστατικού.

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ ΚΑΙ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ

Α. Αντιδραστήρια

1.Δωδεκανικό οξύ, CH3(CH2)10COOH

2.Βενζοϊκο οξύ, C6H5COOH

B. Συσκευές και Βοηθητικά όργανα

1.Ηλεκτρονικός ζυγός 2.Εστία θέρμανσης 3.Αισθητήριο θερμοκρασίας 4.Ηλεκτρονικός Υπολογστής με κατάλληλο λογισμικό για την επεξεργασία πειραματικών δεδομένων 5.Ποτήρι ζέσεως 6.Δοκιμαστικοί σωλήνες 7.Πλαστική χοάνη 8.Μεταλλική λαβίδα 9.Πλαστικός περιέκτης 10.Πλαστικά κουτάλια 11.Απαγωγός Αερίων

Γ. Πειραματική Διαδικασία

Γ1.Εργασία στον εργαστηριακό πάγκο

Αρχικά, με τη βοήθεια πλαστικού κουταλιού, παραλαμβάνουμε μικρές ποσότητες δωδεκανικού οξέος και τις τοποθετούμε σε πλαστικό περιέκτη που έχει σταθεροποιηθεί κατάλληλα στο κέντρο του ηλεκτρονικού ζυγού. Αφού μηδενίσουμε το φαρμακευτικό ζυγό, ζυγίζουμε 10 g της προαναφερθείσας χημικής ουσίας και αδειάζουμε προσεκτικά το περιεχόμενο του περιέκτη, μέσω μιας πλαστικής χοάνης, σε ένα γυάλινο δοκιμαστικό σωλήνα χωρίς αρίθμηση. Στη συνέχεια, παρασκευάζουμε τρία μίγματα δωδεκανικού και βενζοϊκού οξέος, επαναλαμβάνοντας την ίδια διαδικασία για το κάθε μίγμα χωριστά. Εάν καταλήξουμε σε περίσσεια της χημικής ένωσης μέσα στο περιέκτη, απαγορεύεται ρητά η επιστροφή ποσότητας αυτής στο δοχείο, από το οποίο έγινε λήψη του δείγματος αρχικά, με σκοπό την αποφυγή μόλυνσης της ουσίας.

Αξίζει να σημειωθεί πως και τα τρία μίγματα περιέχουν ίση ποσότητα δωδεκανικού οξέος, 10 g , που έχει ληφθεί μέσω ακριβούς ζύγισης στον ηλεκτρονικό ζυγό και συγκριτικά μικρότερες ποσότητες βενζοϊκού οξέος της τάξης των 0,5 , 1 και 1,5g αντίστοιχα.

Οι ποσότητες των χημικών ουσιών που ζυγίσαμε κατά την εκτέλεση της πειραματικής εργασίας εν συγκρίσει με τις θεωρητικά απαιτούμενες παρουσιάζουν μικρές αποκλίσεις όπως φαίνεται στον πίνακα που ακολουθεί:

6

Πίνακας1 (Π1) Μάζα δωδεκανικού οξέος (g) Μάζα βενζοϊκού οξέος g

καθαρό 10 g 0 g

1 10,06 g 0,5 g

2 10,05 g 1 g

3 0,99 g 1.49 g

Γ2.Εργασία στον Απαγωγό Αερίων

Έπειτα, βυθίζουμε το δοκιμαστικό σωλήνα με το δωδεκανικό οξύ σε 200 mL νερού θερμοκρασίας 70-80 ΟC, που βρίσκεται από την αρχή του πειράματος επάνω στην εστία θέρμανσης, και περιμένουμε έως ότου όλη η ποσότητα του οξέος τακεί πλήρως και το τήγμα γίνει διαυγές. Στο σημείο αυτό, μεταφέρουμε μέσω μιας μεταλλικής λαβίδας, το δοκιμαστικό σωλήνα σε ένα άλλο ποτήρι ζέσεως που περιέχει νερό θερμοκρασίας 20-25 ΟC. Πριν από τη τοποθέτηση του σωλήνα στο ποτήρι ζέσης, εισάγουμε αμέσως και κατακόρυφα το αισθητήριο της θερμοκρασίας και αναδεύουμε περιοδικά στην οριζόντια κατεύθυνση διατηρώντας σταθερή την κατακόρυφη μέχρι η τιμή της θερμοκρασίας στον ηλεκτρονικό υπολογιστή φτάσει τους 80 OC. Συνεχίζουμε να ανακινούμε αργά το τήγμα, εντός του ποτηριού ζέσεως με τη βοήθεια του αισθητηρίου θερμοκρασίας προσέχοντας να ακουμπά στα τοιχώματα του σωλήνα και στο πυθμένα του σωλήνα ενώ η θερμοκρασία του τήγματος καταγράφεται μέσω ηλεκτρονικού υπολογιστή.

Εάν αμελήσουμε να εισάγουμε το αισθητήριο στο γυάλινο σωλήνα πριν τη βύθιση αυτού στο ποτήρι ζέσης και η περιοδική ανάδευση ξεκινήσει ταυτόχρονα με τη βύθιση, τότε τοποθετούμε το δοκιμαστικό σωλήνα πάλι σε νερό θερμοκρασίας70-80 ΟC που βρίσκεται πάνω στην εστία θέρμανσης.

Όταν παρατηρήσουμε σταθεροποίηση της καταγραφόμενης θερμοκρασίας στη καμπύλη ψύξης, που συνοδεύεται από σταδιακή στερεοποίηση του τήγματος, απομακρύνουμε προσεκτικά το αισθητήριο (αποφυγή καταστροφής προστατευτικού καλύμματος).

Η πορεία που περιγράφηκε αναλυτικά προηγουμένως, ακολουθείται ομοίως και για τα τρία μίγματα. Αφού ολοκληρωθεί, φυλάσσουμε τους γυάλινους σωλήνες με το περιεχόμενό τους σε ειδικές κατασκευές από φελιζόλ.

7

ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ

Η πειραματική διαδικασία για καθένα από τα διαλύματα ορισμένης σύστασης

απέδωσε κάποια ζεύγη τιμών χρόνου και θερμοκρασίας βάσει των οποίων

κατασκευάσαμε τις καμπύλες ψύξης του καθαρού διαλύτη (δωδεκανικό οξύ) και

των τριών διαλυμάτων του με τη μη πτητική ένωση (βενζοϊκό οξύ) όπως φαίνεται

παρακάτω.

Σχήμα 1 : Γραφική παράσταση θερμοκρασίας έναντι χρόνου του καθαρού διαλύτη

y = -1.0997x + 96.129R² = 0.9856

y = -0.0084x + 45.012R² = 0.5177

20

30

40

50

60

70

80

90

0 100 200 300 400 500 600

θερ

μο

κρα

σία

/0 C

χρόνος /sec

καθαρό

y = -0.913x + 88.189R² = 0.9652

y = -0.0127x + 42.266R² = 0.9549

30

40

50

60

70

80

90

0 100 200 300 400 500 600

θερ

μο

κρα

σία

/0 C

χρόνος /sec

μίγμα 1

8

Σχήμα 2 : Γραφική παράσταση θερμοκρασίας έναντι χρόνου του μίγματος 1

δωδεκανικού οξέος – βενζοϊκού οξέος

Σχήμα 3 : Γραφική παράσταση θερμοκρασίας έναντι χρόνου του μίγματος 2

δωδεκανικού οξέος – βενζοϊκού οξέος

Σχήμα 4 : Γραφική παράσταση θερμοκρασίας έναντι χρόνου του μίγματος 3

δωδεκανικού οξέος – βενζοϊκού οξέος

y = -0.9297x + 93.113R² = 0.9887

y = -0.0041x + 37.697R² = 0.8184

20

30

40

50

60

70

80

90

0 100 200 300 400 500 600

θερ

μο

κρα

σία

/0 C

χρόνος /sec

μίγμα 3

y = -0.9297x + 93.113R² = 0.9887

y = -0.0041x + 37.697R² = 0.8184

20

30

40

50

60

70

80

90

0 100 200 300 400 500 600

θερ

μο

κρα

σία

/0C

χρόνος /sec

μίγμα 3

9

Σε καθεμία από τις παραπάνω γραφικές παραστάσεις, παρατηρούμε στο πρώτο

λεπτό ραγδαία μείωση της θερμοκρασίας, η οποία ακολουθείται από

σταθεροποίησή της στην περίπτωση του καθαρού δωδεκανικού οξέος, και

ελάττωση του ρυθμού μείωσής της στα διαλύματα 1,2 και 3.

Το σημείο τήξης υπολογίζεται από το σημείο τομής της βέλτιστης καμπύλης ψύξης

των τμημάτων διαφορετικών φάσεων της γραφικής παράστασης, της υγρής και

στερεάς. Για να πάρουμε τις παραπάνω ευθείες, τα δεδομένα του πειράματος

χωρίστηκαν ανά ομάδες τιμών και τα γραφήματα σχεδιάστηκαν σε τμήματα όπως

φαίνεται στα σχήματα.

Σχήμα 5 : Γραφική παράσταση της μεταβολής του σημείου τήξεως ΔΤ έναντι του

λόγου της μάζας του βενζοϊκού οξέος προς τη μάζα του δωδεκανικού οξέος στα 3

μίγματα.

y = 4.7108xR² = 0.9225

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

μετ

αβ

ολή

ση

μεί

ου

τή

ξεο

ς Δ

Τ /0

C

μάζα βενζο'ι'κού οξέος

10

ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ

Το σημείο τήξης υπολογίζεται από το σημείο τομής της βέλτιστης καμπύλης ψύξης

των τμημάτων διαφορετικών φάσεων της γραφικής παράστασης, της υγρής και

στερεάς. Για να πάρουμε τις παραπάνω ευθείες, τα δεδομένα του πειράματος

χωρίστηκαν ανά ομάδες τιμών και το γράφημα σχεδιάστηκε σε τμήματα όπως

φαίνεται στο σχήμα. Η λύση του συστήματος των δύο εξισώσεων μας για καθεμία

γραφική παράσταση, δίνει το ζητούμενο σημείο τήξης του αντίστοιχου διαλύματος.

Εύρεση σημείου τήξης:

Καθαρό δωδεκανικό οξύ:

y=-1.0997x+96.129 x = t=46,84 s

y=-0.0084x+45.012 y=Τ = 44.619 o C

Μίγμα 1(δωδεκανικό οξύ 10.06 g - βενζοϊκό οξύ 0.5 g)

y=-0.913x+88.189 x = t = 51 s

y=-0.0127x+42.266 y=Τ=41.626 o C

Μίγμα 2(δωδεκανικό οξύ 10. 05 g - βενζοϊκό οξύ 1 g)

y=-0.8139x+88.996 x=t= 59.65 s

y=-0.0096x+41.02 y=Τ= 40.446 o C

Μίγμα 3(δωδεκανικό οξύ 9.999 g - βενζοϊκό οξύ 1.5 g)

y=-0.9297x+93.113 x=t = 59,87 s

y=0.0041x+37.697 y=Τ= 37.453 o C

11

Για να υπολογιστεί η ταπείνωση του σημείου τήξεως, ΔΤ, αφαιρούμε από το σημείο

τήξεως του καθαρού δωδεκανικού οξέος το σημείο τήξεως του μίγματος.

ΔΤ= (Τ καθαρού δωδεκανικού οξέος – Τ μίγματος)

Υπολογίζουμε την ταπείνωση του σημείου τήξεως ΔΤ1, ΔΤ2 και ΔΤ3 για το μίγμα1,2

και 3 αντίστοιχα:

ΔΤ1= (Τ καθαρού δωδεκανικού οξέος – Τ μίγματος)= 44,619- 41,626 = 2,993o C

ΔΤ2= (Τ καθαρού δωδεκανικού οξέος – Τ μίγματος)= 44,619- 40,446 = 4,173o C

ΔΤ3= (Τ καθαρού δωδεκανικού οξέος – Τ μίγματος)= 44,619- 37,453 = 7,166o C

ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΚΛΙΣΗΣ ΤΗΣ ΕΥΘΕΙΑΣ AΠΟ ΤΟ ΣΧΗΜΑ 5

Στην γραφική παράσταση 5 παριστάνεται η μεταβολή του σημείου τήξεως έναντι

του λόγου της μάζας του βενζοϊκού οξέος προς τη μάζα του δωδεκανικού οξέος.

Από τη γραφική παράσταση παίρνουμε την παρακάτω εξίσωση:

y=4,7108x, οπότε συμπεραίνουμε ότι η κλίση της ευθείας είναι

λ = 4,7108

Υπολογισμός του ΜΒ του βενζοϊκού οξέος

Μέσω της κλίσης λ της ευθείας, υπολογίσαμε το ΜΒ του βενζοϊκού οξέος σύμφωνα

με την εξίσωση (1) ΔΤ=kf *w1 *1000/ w2 *MB. Όπου kf =3.9 Ο C*Kg*mol-1,ΔΤ η

μεταβολή του σημείου τήξεως και w1/w2 είναι ο λόγος της μάζας του βενζοϊκού

οξέος προς τη μάζα του δωδεκανικού οξέος.

Ισχύει ότι λ = ΔΤ/W1 ή 1/λ = W1/ΔΤ

Λύνωντας την εξίσωση 1 ως προς ΜΒ έχουμε :

12

ΜΒ=Κf*1000*W1/W2*ΔΤ ΜΒ= Κf*1000/λ * W2 ΜΒ= 3,9*1000/4,7108*10,03

ΜΒ=3900/47,25 ΜΒ=82,54

Απόκλιση μοριακού βάρους βενζοϊκού οξέος

Το ΜΒ του βενζοϊκού οξέος υπολογίσθηκε πειραματικά και βρέθηκε ίσο με 82,54

g/ mol, έναντι του 122.12 g/ mol (θεωρητική τιμή)

H απόκλιση υπολογίζεται από τον τύπο:

α% = [(ΜΒ βενζοϊκού οξέος πειραματική – ΜΒ βενζοϊκού οξέος θεωρητική )/ΜΒ

βενζοϊκού οξέος θεωρητική]*100 = [(122,12 -82,54)/122,12]*100 = 32,41%

Η μικρή απόκλιση από τη θεωρητική τιμή του ΜΒ του βενζοϊκού οξέος, που

προσθέσαμε στο πείραμά μας οφείλεται πιθανόν σε:

• Ανάμειξη μη απόλυτα ακριβών ποσοτήτων δωδεκανικού και βενζοϊκού οξέος

που μπορεί να οφείλεται σε λάθος κατά την ζύγιση ή πιθανή δυσλειτουργία του

φαρμακευτικού ζυγού (π.χ. λόγω ρεύματος αέρα).

• Μη σωστή μεταφορά των ζυγισμένων ποσοτήτων στους υποδοχείς.

• Μηχανικό πρόβλημα του αισθητηρίου θερμοκρασίας.

• Ανεπαρκές πλύσιμο ή μη σωστός χειρισμός των εργαστηριακών συσκευών.

• Μη ακριβής προσδιορισμός του σημείου τήξεως από τις καμπύλες ψύξης

του τήγματος στις διάφορες περιπτώσεις.

13

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Τα συμπεράσματα που προέκυψαν κατά την διεκπεραίωση αυτού του πειράματος είναι τα εξής:

• Το σημείο τήξεως του διαλύτη (καθαρό δωδεκανικό οξύ) είναι μεγαλύτερο από αυτά των υπόλοιπων μιγμάτων. Αυτό οφείλεται στο φαινόμενο ταπείνωσης του σημείου τήξεως που προκαλείται από την προσθήκη ποσότητας μη πτητικής ουσίας (βενζοϊκό οξύ).

• Σε όλα τα σχήματα ωστόσο παρατηρήθηκε ότι αρχικά υπήρξε μια απότομη πτώση της θερμοκρασίας, η οποία ακολουθήθηκε από σχετική σταθεροποίηση, λόγω του φαινομένου της λανθάνουσας θερμότητας, και τέλος μείωση της θερμοκρασίας με βραδύτερο ρυθμό από ότι πριν, λόγω της μεγαλύτερης θερμοχωρητικότητας της στερεής κατάστασης.

• Από την δημιουργία της γραφικής παράστασης της ταπείνωσης του σημείου τήξεως έναντι της μάζας του βενζοϊκού οξέος και με την χρήση της κλίσης της ευθείας που προκύπτει

υπολογίστηκε η πειραματική τιμή του μοριακού του βάρους του βενζοϊκού οξέος .

• Ακόμα παρατηρήθηκε ότι καθώς μειώνεται η θερμοκρασία τήξης, αυξάνεται η ταπείνωση του σημείου τήξης. Άρα ισχύει η σχέση σύμφωνα με την οποία η ταπείνωση του σημείου τήξης είναι ανάλογη του αριθμού των μορίων της προστιθέμενης ουσίας.

• Η ταπείνωση του σημείου τήξεως ανήκει στις προσθετικές ιδιότητες. Υπάρχει ένα σύνολο ιδιοτήτων στο διάλυμα το οποίο είναι ανεξάρτητο από τη φύση της διαλυμένης ουσίας (μορίων ή ιόντων) και εξαρτάται μόνο από τον αριθμό των διαλυμένων σωματιδίων σε ορισμένη ποσότητα διαλύματος (ή διαλύτη). Αυτές οι ιδιότητες ονομάζονται προσθετικές ή αθροιστικές και είναι: η ελάττωση της τάσης των ατμών του διαλύτη, η ανύψωση του σημείου βρασμού του διαλύτη, η ταπείνωση του σημείου πήξεως του διαλύτη, η ωσμωτική πίεση του διαλύματος.

14

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ

1. Να αναφέρετε παράγοντες που μπορούν κατά τη γνώμη σας να επηρεάσουν τον

προσδιορισμό του ΜΒ μιας ένωσης με την μέθοδο της κρυοσκοπίας.

Απάντηση:

Παράγοντες που είναι πιθανό να επηρεάσουν τον προσδιορισμό του ΜΒ με την

χρήση της μεθόδου της κρυοσκοπίας είναι:

α)Το φαινόμενο της υπέρψυξης. Όταν εμφανίζεται το φαινόμενο αυτό είναι

περίπλοκος ο προσδιορισμός του σημείου πήξεως του διαλύματος, καθώς από αυτό

το σημείο υπολογίζεται το σημείο ταπείνωσης.

β) Λανθασμένο πλύσιμο των ήδη χρησιμοποιούμενων σκευών και ελαττωματικές

συσκευές.

γ) Η εξάτμιση κάποιας ποσότηρας των αντιδραστηρίων λόγω χρησιμοποίησής τους

και σε προηγούμενη άσκηση.

2. Μπορεί η μέθοδος της κρυοσκοπίας να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό

του μοριακού βάρους μιας πρωτεϊνης ή ενός πολυμερούς; Να αιτιολογήσετε την

απάντηση σας.

Απάντηση

Το μοριακό βάρος μίας πρωτεϊνης δεν μπορεί να υπολογιστεί με τη μέθοδο της

κρυοσκοπίας, διότι οι πρωτεϊνες έχουν μεγάλο μοριακό βάρος. Το γεγονός αυτό έχει

ως αποτέλεσμα να μην δίνουν μετρήσιμη και αξιοσημείωτη μεταβολή της

θερμοκρασίας, δηλαδή η ταπείνωση του σημείου τήξεως που προκαλούν είναι πολύ

μικρή και ως εκ τούτου δεν γίνεται ανιχνεύσιμη. Επίσης, σε υψηλές θερμοκρασίες οι

πρωτεΐνες υφίστανται μετουσίωση.

Τα πολυμερή αποτελούν χημικές ενώσεις με μεγάλα μόρια τα λεγόμενα

μακρομόρια. Συνεπώς, όπως και οι πρωτεΊνες διαθέτουν μεγάλα μοριακά βάρη που

προκαλούν μικρή ταπείνωση του σημείου τήξεως, χωρίς αυτή να γίνεται

ανιχνεύσιμη. Άρα, το μοριακό βάρος ενός πολυμερούς δεν μπορεί να υπολογιστεί

με τη μέθοδο της κρυοσκοπίας.

15

3. Προκαλεί ταπείνωση του σημείου τήξεως του καθαρού νερού η διάλυση ενός

ευδιάλυτου ανόργανου άλατος;

Απάντηση:

Ταπείνωση του σημείου πήξεως ενός διαλύτη προκαλούν όλες οι χημικές ενώσεις

που μπορούν να διαλυθούν στον συγκεκριμένο διαλύτη. Επομένως με την

προσθήκη ευδιάλυτου στο νερό ανόργανου άλατος προκαλείται σημαντική

ταπείνωση του σημείου πήξεως του καθαρού νερού .

4. Γιατί το τμήμα της καμπύλης ψύξης που αντιστοιχεί στην ψύξη του υγρού έχει

μεγαλύτερη κλίση από το τμήμα που αντιστοιχεί στην ψύξη του στερεού;

Απάντηση:

Η καμπύλη ψύξης του υγρού εμφανίζει μεγαλύτερη κλίση από την καμπύλη ψύξης

του στερεού, λόγω της μεγαλύτερης θερμοχωρητικότητας της στερεάς κατάστασης

σε σύγκριση με την υγρή, που έχει ως αποτέλεσμα την μείωση της θερμοκρασίας με

μικρότερο ρυθμό μετά την πλήρη μετατροπή του υγρού σε στερεό.

5. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί η μέθοδος της κρυοσκοπίας για τον προσδιορισμό

του μοριακού βάρους των χημικών ενώσεων: Γλυκόζη, Οξικό οξύ, Αλβουμίνη και

Χλωριούχο ασβέστιο. Να δοθεί επαρκής απάντηση – σεόλες τις

περιπτώσειςχρησιμοποιείται το νερό ως διαλύτης.

Απάντηση:

Η κρυοσκοπική μέθοδος δεν είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό

του μοριακού βάρους του οξικού οξέος, καθώς διϊσταται στον διαλύτη νερό προς

οξικά ανιόντα και έτσι η προϋπόθεση να μην αντιδρά η διαλυμένη ένωση με τον

διαλύτη παύει να ισχύει. Όσον αφορά την αλβουμίνη, επίσης δεν μπορεί να

χρησιμοποιηθεί η κρυοσκοπία, διότι πρόκειται για πρωταϊνη με μεγάλο μοριακό

βάρος, ΜΒ = 69.000 g/mol, με συνέπεια να μην δίνει μετρήσιμη και αξιοσημείωτη

μεταβολή της θερμοκρασίας ώστε να είναι δυνατός ο υπολογισμό της ταπείνωσης

του σημείου τήξεως. Η κρυοσκοπική μέθοδος δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ούτε

για το χλωριούχο ασβέστιο διότι δεν είναι οργανική ένωση. Από την άλλη πλευρά, η

16

κρυοσκοπία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό του μοριακού βάρους

της Γλυκόζης, δεδομένου ότι πρόκειται για ένα οργανικό μόριο και συγκεκριμένα

για ένα σάκχαρο με σχετικά μικρό μοριακό βάρος, ΜΒ = 180,1559 g/mol, ενώ

παράλληλα δεν καταρρίπτει κάποια από τις προϋποθέσεις για την εφαρμογή της εν

λόγω μεθόδου.

6. Με ποιο τρόπο επηρεάζει η αύξηση του μοριακού βάρους την δυνατότητα

προσδιορισμού του με την μέθοδο της κρυοσκοπίας;

Απάντηση:

Η αύξηση του μοριακού βάρους επηρεάζει την δυνατότητα προσδιορισμού του

μοριακού βάρους με την μέθοδο της κρυοσκοπίας καθώς είναι απαραίτητο να δίνει

μετρήσιμη και αξιοσημείωτη μεταβολή της θερμοκρασίας. Επιπλέον από τον τύπο

ΔΤ = Κf*1000w1/w2*MB

συμπεραίνουμε ότι η ταπείνωση του σημείου τήξεως είναι αντιστρόφως ανάλογη

του μοριακού βάρους, που σημαίνει πως όσο μεγαλύτερο είναι το μοριακό βάρος,

τόσο λιγότερο αξιωσημείωτα μέτρησιμο θα είναι το ΔΤ, καθιστώντας έτσι την

κρυοσκοπική μέθοδο ακατάλληλη.

7. Γιατί στην περίπτωση της ψύξης του μίγματος, το ευθύγραμμο τμήμα στην

καμπύλη ψύξης που παρατηρείται κατά την στερεοποίηση δεν είναι παράλληλο

προς τον άξονα του χρόνου (μηδενική κλίση) αλλά έχει μικρή αρνητική κλίση;

Απάντηση:

Αυτό συμβαίνει επειδή η στερεά φάση έχει μεγαλύτερη θερμοχωρητικότητα σε

σύγκριση με την υγρή, με αποτέλεσμα η θερμοκρασίας να μειώνεται με μικρότερο

ρυθμό μετά την πλήρη μετατροπή του υγρού σε στερεό και έτσι το ευθύγραμμο

τμήμα να μην είναι παράλληλο προς τον άξονα του χρόνο, αλλά να έχει μικρή

αρνητική κλίση.

17

ΣΥΜΒΟΛΑ

ΔΤ = ταπείνωση του σημείου τήξεως ( ˚C)

kf = κρυοσκοπική σταθερά

m = μοριακότητα κατά βάρος του διαλύματος (Μolality mol/kg )

w1 = ποσότητα διαλυμένης ουσίας (SI : kg )

w2 = ποσότητα διαλύτη (SI : kg )

MB = μοριακό βάρος διαλυμένης ουσίας

λ = κλίσης της ευθείας

18

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1.el.wikipedia.org/wiki/Βενζοϊκό Οξύ

2. Χημεία Β΄Γενικού Λυκείου-Γενικής Παιδείας/Ηλεκτρονικό

Βιβλίο/Βενζοϊκό Οξύ

3.Πανεπιστημιακές Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων

Φυσικοχημείας

4.http://www.livepedia.gr/index.php/ζεσεοσκοπία

5. www.pigfarmer.gr/arthra/benzoiko-oksu-kai-salmonela

19

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ

Παράρτημα Ι

Βενζοϊκό Οξύ

Αλλιώς Βενζοκαρβονικό ή Καρβοξυβενζόλιο ή Δρακυλικό Οξύ

C6H5COOH ή PhCOOH

Είναι το απλούστερο αρωματικό καρβοξυλικό οξύ

Είναι μέτρια ασθενές οξύ και σε θερμοκρασία 200C και πίεση 1atm (συνθήκες

δωματίου) έχει τη μορφή ενός άχρωμου κρυσταλλικού στερεού σε μικρούς κόκκους

σαν σκόνη.

Μπορεί να δράσει ως καρβονικό οξύ και είναι διαλυτό σε οργανικούς διαλύτες.

Βρίσκεται σε πολλά φυτά (π.χ. κάποια είδη μούρων και σε κάποια μολυσμένα από

βακτήριο μήλα) και στα ούρα πολλών φυτοφάγων θηλαστικών με τη μορφή του

ιππουρικού οξέως.

Χρήσεις

1. Συντήρηση τροφίμων ενάντια στη μούχλα και σε κάποια βακτήρια (όπως και

τα άλατα του βενζοϊκού)

2. Σημαντικό ενδιάμεσο για:

i. Σύνθεση ή παραγωγή διάφορων άλλων οργανικών ενώσεων, χρήσιμων

ως αρωματικές ουσίες για τα τρόφιμα, ως φάρμακα κ.α.

ii. Βιοσύνθεση δευτερευόντων μεταβολιτών

3. Χρήσιμο στις βιομηχανίες χρωμάτων, καλλυντικών και πλαστικών

4. Αναγκαίο για τη βαθμονόμηση της βόμβας θερμιδομέτρησης στο

εργαστήριο

5. Είναι ένα από τα πιο αποτελεσματικά οξέα για την καταπολέμηση του

βακτηρίου της σαλμονέλας

6. Παραγωγή αλοιφής για την καταπολέμηση δερματικών μυκητιάσεων (όπως

π.χ. στα πόδια των αθλητών)

20

7. Τα παράγωγά του μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως:

i. Εισπνεόμενα αποσυμφορητικα

ii. Αποχρεμπτικά

iii. Αναλγητικά

iv. Αντισηπτικά

Το βενζοϊκό οξύ δεν είναι πτητική ένωση διότι τα άτομά του συνδέονται με

ισχυρούς διαμοριακούς δεσμούς, όπως ομοιοπολικούς δεσμούς(όπως π.χ. διπλούς)

και δεσμό υδρογόνου στο υδροξύλιο, οι οποίοι δυσκολεύουν την ένωση αυτή να

εξατμιστεί γρήγορα. Επίσης κι ο βενζολικός δακτύλιος, λόγω της δομής του, δεν

ευνοεί καθόλου την εξάτμιση της ένωσης.

Δωδεκανικό Οξύ

Αλλιώς λαυρικό οξύ

CH3(CH2)10COOH

Είναι φθηνό, έχει μεγάλο χρόνο ζωής και είναι ασφαλές στη χρήση (δεν είναι

τοξικό).

Είναι ένα κορεσμένο, λιπαρό οξύ με μια αλυσίδα δώδεκα ατόμων άνθρακα, το

οποίο σε συνθήκες δωματίου(200C, 1atm) είναι στερεό με μορφή σκόνης και

άσπρο χρώμα και έχει μια ελαφριά μυρωδιά πετρελαίου ή σαπουνιού.

Αποτελεί το 50% των λιπαρών οξέων στα έλαια καρύδας, δάφνης και στο

φοινικέλαιο και βρίσκεται σε διάφορα ποσοστά και σε διάφορα άλλα φυτά.

Επίσης βρίσκεται στο ανθρώπινο μητρικό γάλα (6.2% του λίπους), στο αγελαδινό

γάλα (2.9% του λίπους) και στο κατσικίσιο γάλα (3.1% του λίπους).

21

Χρήσεις

1. Παραγωγή σαπουνιού και καλλυντικών (εξουδετέρωση με καυστικό νάτριο

και παραγωγή ενός σαπουνιού του λαυρικού νατρίου)

2. Κάποια πειράματα που έχουν γίνει δείχνουν ότι μπορεί να είναι χρήσιμο

κατά της ακμής

3. Μπορεί να είναι χρήσιμο λόγω της επίδρασής του στη χοληστερόλη, αλλά

δεν έχει βρεθεί ακόμα ποια είναι η επίδραση αυτή και πόσο σημαντική είναι

Το δωδεκανικό οξύ δεν είναι πτητικό γιατί τα άτομά του συνδέονται με ισχυρούς

διαμοριακούς δεσμούς, όπως ομοιοπολικούς δεσμούς(C-C και C-O) και δεσμό

υδρογόνου στο υδροξύλιο, οι οποίοι δυσκολεύουν την ένωση αυτή να εξατμιστεί

γρήγορα.

22

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ II

Κρυοσκοπία – Εφαρμογές

Η κρυοσκοπία είναι κλάδος της φυσικοχημείας και χρησιμοποιείται για τον

προσδιορισμό του ΜΒ μιας μη πτητικής ένωσης. Με προσθήκη της ουσίας αυτής σε

έναν μη πτητικό διαλύτη προκύπτει ταπείνωση του σημείου τήξης του διαλύματος η

οποία είναι ανάλογη της γραμμομοριακής μάζας της διαλυμένης ουσίας.

Επίσης η κρυοσκοπία χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του βαθμού διάστασης

μιας μη πτητικής ένωσης σ’έναν διαλύτη.

Στη μέθοδο αυτή χρησιμοποιούνται ειδικά ευαίσθητα θερμόμετρα, με

υποδιαιρέσεις μέχρι εκατοστού του 100βάθμιου βαθμού.

Επειδή το σημείο τήξης μπορεί να μετρηθεί ακριβέστερα απ’ότι το σημείο ζέσεως, η

κρυοσκοπία έχει πολλές εφαρμογές.

Ζεσεοσκοπία – Εφαρμογές

Η ζεσεοσκοπία όπως και η κρυοσκοπία είναι μέθοδος προσδιορισμού ΜΒ μη

πτητικών ενώσεων. Εφαρμόζεται σε διαλύματα μη πτητικών υγρών ή σε διαλύματα

στερεών σε υγρά.

Όταν προσθέτουμε μια ουσία σε έναν διαλύτη, η τάση ατμών ελαττώνεται σε σχέση

με την τάση ατμών του καθαρού διαλύτη. Οπότε παρατηρούμε ότι η θερμοκρασία

ζέσεως του διαλύματος είναι μεγαλύτερη από τη θερμοκρασία ζέσεως του καθαρού

διαλύτη, έχουμε δηλαδή ανύψωση του σημείου ζέσεως η οποία είναι ανάλογη με

την ποσότητα της ουσίας που προσθέτουμε στο διαλύτη.

Η ζεσεοσκοπία βρίσκει επίσης εφαρμογή, όπως κι η κρυοσκοπία, στον

προσδιορισμό του βαθμού διάστασης μιας ένωσης σε κάποιον διαλύτη.

23

Υπέρψυξη

Όταν ένα υγρό υφίσταται μείωση της θερμοκρασίας του κάτω από το σημείο τήξης

του και ενώ συνεχίζει να ψύχεται, παραμένει υγρό τότε έχουμε το φαινόμενο της

υπέρψυξης (ή αλλιώς υπόψυξη).

Κατά τη διάρκεια του φαινομένου αυτού το υλικό βρίσκεται σε μια μετασταθή

κατάσταση, δηλαδή είναι μια άμορφη (μη κρυσταλλική) στερεά μάζα, αφού δεν

υπάρχουν οι μικροί πυρήνες (ή κρυσταλλικοί σπόροι) γύρω από τους οποίους

αρχίζουν να σχηματίζονται σταδιακά μεγαλύτεροι κρύσταλλοι.

Οπότε η κρυστάλλωση δεν μπορεί να αρχίσει αμέσως και το υλικό παραμένει υγρό

(κι ας είναι κάτω από τη θερμοκρασία τήξης του) μέχρις ότου αρχίσει η ομοιόμορφη

κρυστάλλωσή του.

Προϋποθέσεις εμφάνισης υπέρψυξης σ’ένα σύστημα είναι οι εξής:

1. Απουσία διαταραχών στο σύστημα κατά την ψύξη (ανάδευση)

2. Να μην υπάρχουν ξένες προσμίξεις στο σύστημα