Определение парциальных мольных объемов компонентов бинарного раствора

ТЕРМОДИНАМИКА РАСТВОРОВ.

ПАРЦИАЛЬНЫЕ МОЛЬНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ

РАБОТА № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРЦИАЛЬНЫХ МОЛЬНЫХ ОБЪЕМОВ КОМПОНЕНТОВ БИНАРНОГО РАСТВОРА

Цель работы: познакомиться с методами расчета парциальных мольных характеристик, определить парциальные мольные объемы растворителя и растворенного вещества в бинарном растворе.

Только для идеальных растворов общий объем раствора определяется простым суммированием объемов чистых компонентов:

, (1)

где V – общий объем раствора, - мольный объем i-того компонента, n_i – количество i-того компонента в молях.

В реальных растворах суммируются парциальные мольные объемы компонентов раствора:

. (2)

По определению парциальных мольных величин парциальный мольный объем i-того компонента характеризует изменение общего объема раствора при добавлении к нему 1 моля i-того компонента и при условии, что число молей всех остальных компонентов раствора неизменно.

Математически парциальный мольный объем выражается как частная производная общего объема раствора по числу молей i-того компонента в изобарно-изотермических условиях и при постоянном количестве молей всех остальных компонентов раствора.

(3)

На примере бинарного раствора рассмотрим простой способ нахождения парциальных мольных объемов.

Удельный объем раствора V_уд – величина, легко определяемая экспериментально путем измерения плотности раствора:

, (4)

где m – масса раствора, ρ – плотность раствора.

Удельный объем раствора связан с его молярным объемом соотношением:

, (5)

, (6)

где - средняя молекулярная масса раствора данной концентрации, M₁ и M₂ – молярные массы растворителя и растворенного вещества; х₁ и х₂ – мольные доли растворителя и растворенного вещества соответственно, которые рассчитывают из соотношения:

, (7)

- количество молей i-того компонента раствора.

Очевидно, что для бинарного раствора уравнение (7) примет вид:

, , (8)

n₁ и n₂ – число моль растворителя и растворенного вещества соответственно.

Парциальные молярные объемы растворенного вещества или растворителя в растворе заданной концентрации могут быть найдены графическими методами: методом отсечения (рис. 1) и методом касательных (рис. 2), если установлена зависимость молярного объема раствора от его состава.

Оба метода основаны на построении касательной к зависимости молярного объема раствора от его состава в точке, отвечающей заданной концентрации. Молярный объем раствора этой концентрации находят из графика как значение ординаты в этой точке (рис. 1 и 2). Методом отсечения определяют парциальный молярный объем растворителя , экстраполируя касательную на ось ординат (рис.1). Методом касательных находят парциальный молярный объем растворенного вещества как угол наклона построенной касательной (рис.2) .

Методы отсечения и касательных позволяют найти графически парциальный мольный объем только одного из компонентов раствора (растворителя или растворенного вещества). Неизвестный парциальный мольный объем второго компонента раствора вычисляют, используя свойство аддитивности парциальных мольных величин

. (9)

Экспериментальная часть

Для работы необходимы: набор ареометров для измерения плотности растворов (диапазон измеряемых ρ от 800 до 1200 кг/м³), цилиндры без делений емкостью 100 мл, мерная колба на 100 мл, колбы для приготовления растворов объемом 100-150 мл.

По заданию преподавателя готовят 6-8 растворов разных концентраций, растворяя различные количества вещества g (в граммах) в 100 г воды. Объем воды измеряют мерной колбой на 100 мл, навески взвешивают с точностью 0,01 г.

Растворение, как правило, сопровождается тепловым эффектом, поэтому приготовленные растворы термостатируют (выдерживают) в течение 20-30 минут при комнатной температуре, после чего приступают к измерению плотности.