На графике линия Аа изображает кривую давления пара чистой воды, а линия Bb – кривую давления пара над раствором. Так как при любой температуре давление пара раствора меньше давления пара чистой воды, то линия Bb лежит ниже линии Аа. Линия АС изображает кривую давления пара льда. Мы уже говорили, что при температуре замерзания давления паров твёрдой и жидкой фаз растворителя или твёрдого растворителя и раствора должно быть одинаковым. Этому условию отвечают точки А и В пересечения кривых Аа и Bb с кривой АС. Температуры замерзания воды и раствора определяются как проекции точек А и В на ось абсцисс. В этом случае, как видно из графика, температуры Т и Т1, расположены в обратном порядке, то есть температура замерзания раствора ниже температуры замерзания воды.

При замерзании разбавленных растворов вначале выделяется в твёрдом виде чистый растворитель, например в случае водного раствора – чистый лёд. Так как ко мере выделения льда концентрация раствора увеличивается, то температура замерзания не остаётся постоянной, а постепенно понижается Однако выделение льда и понижение температуры замерзания происходят лишь до тех пор, пока концентрация раствора не достигнет некоторой определённой для данного вещества величины, при которой весь раствор застывает в сплошную массу. Такая масса получила название эвтектики. Температура, при которой происходит её образование, называется эвтектической температурой, а соответствующая концентрация раствора – эвтектической концентрацией.

С количественной стороны явление замерзания раствора было изучено Раулем, который экспериментальным путем установил следующие положения, известные под названием законов Рауля: 1) понижение точки замерзания пропорционально количеству вещества, растворённого в данном количестве растворителя; 2) эквимолекулярные количества различных веществ, будучи растворены в одном и том же количестве данного растворителя, понижают его точку замерзания на одно и то же число градусов. Понижение температуры замерзания, соответствующее растворению 1 моля вещества в 1000 граммах растворителя, есть величина постоянная для данного растворителя. Она называется криоскопической (от греч. «криос» - холод, «скопео» - смотрю) константой растворителя.

Математически законы Рауля могут быть выражены следующим уравнением:, где - понижение точки замерзания растворителя; С – число молей растворённого вещества, приходящееся на 1000 граммов растворителя; К – коэффициент пропорциональности, равный соответственно криоскопической константе растворителя (при С=1 величина =К).

Так как число молей вещества равно его массе в граммах (m), делённой на молекулярный вес (M), то, заменив в предыдущем уравнении С на , получим: . Из этого уравнения выражаем молекулярную массу: . Но существует формула для любого количества растворителя: , где - масса растворённого вещества; - масса растворителя.

Экспериментальная часть

В экспериментальной части работы ставилась задача опытным путём определить понижение температуры замерзания приготовленного раствора и вычислить молекулярный вес растворённого вещества (неэлектролита).

При этом использовались следующие приборы:

1) Широкая пробирка с боковым отростком и кожухом.

2) Термометр с ценой деления или термометр Бекмана.

3) Лупа.

4) Бюкс

5) Охладительная смесь (лёд + NaCl).

6) Чистый бензол (для криоскопии).

7) Испытуемое вещество, растворимое в бензоле.

8) Мешалка.

9) Широкий стакан для охладительной смеси.

Ход работы

Для определения температуры затвердевания растворителя и раствора пользуются специальным прибором, состоящим из широкой пробирки с боковым отростком, вставленной в более широкую пробирку – кожух. Во внутреннюю пробирку на пробке устанавливают термометр Бекмана или термометр с ценой деления . Пробирку с кожухом помещают в широкий стакан, заполненный охладительной смесью. В пробирке для перемешивания жидкости имеется стеклянная или металлическая мешалка.

В сухую пробирку отбирают пипеткой 11,38 мл. чистого бензола и погружают в него термометр таким образом, чтобы резервуар со ртутью был полностью погружён в жидкость, но не касался дна и стенок. Боковой отросток закрывают пробкой. Вставляют пробирку в кожух и помещают в охладительную смесь. Осторожно помешивая жидкость, следят за показаниями термометра. Температура сначала понизится немного ниже точки затвердевания (явление переохлаждения), а затем с появлением кристаллов несколько повысится и установится на некотором постоянном уровне. Эта температура и является температурой затвердевания чистого растворителя. Повторяют такое измерение 2-3 раза. Для этого пробирку вынимают, нагревают рукой до исчезновения кристаллов, снова помещают в охладительную смесь и определяют . Отсчёт температуры производят с помощью лупы. В бюксе на аналитических весах отвешивают навеску исследуемого вещества, то есть нафталина, массой 0,124 г. Открыв боковой отросток пробирки, вводят навеску, закрывают пробкой и, осторожно помешивая, добиваются полного растворения вещества в бензоле.

Аналогично описанному определению находят температуру затвердевания полученного раствора , повторяя измерение так же 2-3 раза.

По разности и вычисляют .

Расчёт молекулярного веса растворённого вещества производят по формуле , предварительно найдя К для бензола по таблице. Массу растворителя (бензола) находят по формуле где V – объём растворителя, а ρ – плотность растворителя (табличная величина).

Все опытные табличные данные записывают в таблицу.