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Gefrierpunktserniedrigung & Siedepunktserhöhung

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Gefrierpunktserniedrigung & Siedepunktserhöhung. Ein Referat von Jessica Büschgens und Oliver Flock. Bergische Universität Wuppertal Fachbereich C Physikalische Chemie WS 05/06. Gliederung:. Das Phänomen Anwendung im Alltag Theoretische Grundlagen Die Gesetze und deren Herleitung

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Presentation Transcript
gefrierpunktserniedrigung siedepunktserh hung

Gefrierpunktserniedrigung& Siedepunktserhöhung

Ein Referat von

Jessica Büschgens

und

Oliver Flock

Bergische Universität Wuppertal

Fachbereich C Physikalische Chemie WS 05/06

gliederung
Gliederung:
  • Das Phänomen
  • Anwendung im Alltag
  • Theoretische Grundlagen
  • Die Gesetze und deren Herleitung
  • Der Praktikumsversuch und seine Auswertung
  • Methoden zur Molmassenbestimmung
das ph nomen
Das Phänomen
  • Meerwasser gefriert erst bei wesentlich niedrigeren Temperaturen als Süßwasser.
  • Mit gelösten Stoffen muss mehr Energie aufgewendet werden um Wasser zum sieden zu bringen. Es kocht erst bei einer höheren Temperatur
anwendung im alltag
Anwendung im Alltag:

Gerade zu dieser kalten Jahreszeit kennt jeder

das Problem: Eis und Schnee. Damit verbunden

ist immer die Eisglätte. Deshalb wird , wie jeder

weiß in den meisten Städten Salz gestreut.

theoretische grundlagen
Theoretische Grundlagen:

Die treibende Kraft für die Siedepunkts-

erhöhung und die Gefrierpunktserniedrigung

ist die Entropie!

Sie strebt einem Maximum zu, wodurch der

Stabilitätsbereich der flüssigen Phase

vergrößert wird.

phasengleichgewicht eines zweikomponentensystems
Phasengleichgewicht eines Zweikomponentensystems

Wir nehmen an:

  • Das System besteht aus einer Lösung und einer Dampfphase
  • Die gelöste Substanz ist nicht flüchtig und trägt nicht zum Dampfdruck der Lösung bei
  • Es finden keine chemischen Reaktionen zwischen den Komponenten statt.
die gesetze und deren herleitung
Die Gesetze und deren Herleitung

Im Phasengleichgewicht gilt:

Für das chemische Potential einer

Mischphase gilt:

slide8
Abhängigkeit des chemischen Potentials in Mischphasen vom Molenbruch

Wenn partielle molare Größen verwendet werden,

kann mit dμ genauso wie G behandelt werden:

mit

slide9

Nach Variablenauftrennung

und Integration

bzw.

slide10
Da χ< 1 ist, ist das chemische Potential in

der Mischphase erniedrigt.

Nach Plank gilt dies auch für die

Kondensierte Phase.

slide13

Änderung der Entropie beim Übergang von der

Kondensierten Phase in die Gasphase

Definitionsgleichung der Entropie:

mit p = konst.

slide14

ΔVH = Verdampfungsenthalpie

Um nun die Siedepunktserhöhung als Funktion der gelösten

Stoffmenge zu erhalten, muß man in den Grenzen TS* - TS

und a=1 – a1 integrieren.

slide15

Im Mathebuch steht:

Man kann nun folgende Reihe entwickeln:

Wobei für sehr kleine a2, nach dem ersten Term abgebrochen wird:

slide16

mit TS* . TS ≈ TS2

Da alle Faktoren positiv sind, kommt es zu einer Siedepunktserhöhung!

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Gefrierpunktserniedrigung:

si*β– si* = ΔmH Schmelzenthalpie

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Man integriert analog zur Siedepunktserhöhung in

die Grenzen TS* - TS und a=1 – a1.

Da Tm*2 und ΔmV positive Werte sind, wird der rechte Term negativ:

Es kommt also zu einer Gefrierpunktserniedrigung!

der praktikumsversuch
Der Praktikumsversuch:
  • Das Ziel
  • Aufbau
  • Die Durchführung
  • Die Auswertung
das ziel
Das Ziel:
  • Ziel des Versuches ist es die Molmasse einer Unbekannten Substanz zu Bestimmen
die durchf hrung
Die Durchführung:
  • Es wird eine bekannte Menge eines unbekannten Stoffes in eine bekannte Menge Cyclohexan gegeben.
  • Das Ganze wird in ein Eiswasserbad (mit gelöstem Salz) gestellt
  • Somit wird die Cyclohexan/Salz-Mischung bis unter den Gefrierpunkt abgekühlt
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Die Temperatur wird alle 30 Sekunden gemessen
  • Alle 2 Sekunden sollte das Cyclohexan-gemisch durchmischt werden
  • Zur Temperaturmessung wird ein Beckmannthermometer benutzt
exkurs das beckmannthermometer
EXKURS: Das Beckmannthermometer
  • Das Beckmannthermometer wird bei niedrigen Temperaturdifferenzen benutzt
  • Skala umfasst in der Regel nur 5K mit 100stel Gradteilung
  • Quecksilbermenge ist variabel -> für unterschiedliche Temperatur-Bereiche verwendbar (-20°C - 120°C)
  • Das Beckmann Thermometer muss vorher geeicht werden
  • Hierbei muss der Gefrierpunkt des reinen Cyclohexans auf dem Skalenteil auf 5 geeicht werden. (Wird vom Dozenten gemacht!!!!)
auswertung
Auswertung:
  • Man trägt Die Temperatur gegen die Zeit auf
  • Man erstellt 2 Regressionsgeraden für den oberen und den unteren Ast
  • Berechnung des Schnittpunktes (ΔTF)
  • Berechnung von KF
  • Und kann nun die Molmasse errechnen
berechnung der schnittpunkte
Berechnung der Schnittpunkte:

Gleichsetzten der beiden Geradengleichungen:

0,0137x + 0,0926 = 0,0003x + 3,0622

0,0134x = 2,9696

X = 221,6119

Einsetzten in eine Geradengleichung:

y = 0,0137 * 221,6119 + 0,0926

y = 3,1287

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ΔTF ist also 3,173°
  • Die Berechnung von KF nach der Formel:

mit M0: Molmasse des Lsg.mittels Cyclohexans (84,16 g/mol)

R: 8,3143 KJ/mol*K

ΔHs,m: Molare Schmelzwärme Cyclohexan (2,63)

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Mit KF und ΔTF sowie den eingesetzten Massen kann man die Molmasse bestimmen:
  • Einsatz: Cyclohexan: mLsgm (Bsp.: 11,4454g)
  • Einsatz Stoff: mStoff (Bsp.: 0,0643g)
methoden zur bestimmung der molmasse
Methoden zur Bestimmung der Molmasse:
  • Gefrierpunktserniedrigung
  • Siedepunktserhöhung
  • Osmometrie
osmometrie
Osmometrie:
  • Osmotischer Druck ist besonders für den Flüssigkeitstransport tierischer und pflanzlicher Zellen wichtig
  • Osmolarität gibt die Anzahl des osmotisch aktiven Teilchen pro Liter Lösungsmittel bzw. Untersuchungsmaterial an
  • Im Labor wird die Bestimmung mit Osmometer bestimmt
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Osmometrie:
  • Die Methode wird besonders zur Charakterisierung von Makromolekülen verbreitet
  • Osmometrie ist eine wichtige Methode zur Bestimmung der Molmassen von Polymeren