Ενότητα: Ταπείνωση του Σημείου Πήξης Διδάσκοντες: Σογομών Μπογοσιάν Καθηγητής Αλέξανδρος Κατσαούνης, Επίκουρος Καθηγητής Δ. Σωτηροπούλου, Εργαστηριακό Διδακτικό Προσωπικό Τμήμα: Χημικών Μηχανικών

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Αναφορά, Απαγόρευση Εμπορικής Χρήσης και Διανομή.

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Πατρών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

TAΠEΙΝΩΣΗ ΤΟΥ ΣΗΜΕIΟΥ ΠΗΞΗΣ

ΣΚΟΠΟΣ Ο πειραματικός προσδιορισμός της ταπείνωσης του σημείου πήξης του νερού, όταν προστεθεί στη μάζα του διαλυμένη ουσία α)μοριακή β)ηλεκτρολυτική Μελέτη της διαφορετικής συμπεριφοράς των μοριακών ενώσεων από εκείνη των ιοντικών.

ΘΕΩΡΙΑ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΔΙΑΛΥΜΑΤΩΝ ΠΡΟΣΘΕΤΙΚΕΣΜΗ ΠΡΟΣΘΕΤΙΚΕΣ Πτώση τάσης ατμών Ανύψωση του σημείου ζέσεως Ταπείνωση του σημείου πήξεως Ωσμωτική πίεση Ιξώδες Πυκνότητα και πολλές άλλες!!

ΠΡΟΣΘΕΤΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Η τιμή των προσθετικών ιδιοτήτων των διαλυμάτων εξαρτάται από τον αριθμό των ανεξάρτητων σωματιδίων της διαλυμένης ουσίας. Τα ανεξάρτητα σωματίδια είναι τα μόρια στη περίπτωση των μοριακών διαλυμάτων, τα ιόντα στην περίπτωση των ηλεκτρολυτικών διαλυμάτων και τα συσσωματώματα στην περίπτωση των κολλοειδών διαλυμάτων.

RADIATOR FLUID Έτοιμο προς χρήση αντιψυκτικό/αντιθερμικό υγρό για κλειστά κυκλώματα ψύξης μηχανών εσωτερικής καύσης. Παρέχει αντιψυκτική προστασία μέχρι και -20°C και αντιθερμική κάλυψη μέχρι 170°C. Με αντιδιαβρωτικά πρόσθετα για προστασία των μεταλλικών μερών. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ψυγεία αυτοκινήτων, ηλιακούς θερμοσίφωνες. Ταπείνωση του σημείου πήξης ANTIFROST DIESEL To ANTIFROST DIESEL εφαρμόζεται στο πετρέλαιο θέρμανσης και κίνησης, καθώς επίσης και στα μεσαία αποστάγματα πετρελαίου. Οι μικρού μοριακού βάρους ολεοίνες και οι οργανικοί μη χλωριωμένοι διαλύτες που περιέχει του δίνουν την ικανότητα, όχι μόνο να ταπεινώνει δραστικά το σημείο πήξεως του πετρελαίου, αλλά και να βελτιώνει την ικανότητα ροής του, ακόμη και σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες εως και -24°C.

ΘΕΩΡΙΑ Παραδοχές Η διαλυμένη ουσία δεν είναι πτητική Η διαλυμένη ουσία δεν διαλύεται στο στερεό Oι προσθετικές ιδιότητες οφείλονται στην ελάττωση του χημικού δυναμικού του υγρού διαλύτη όταν προστεθεί η διαλυμένη ουσία.

Το χημικό δυναμικό καθαρού διαλύτη και διαλύματος με κάποια διαλυμένη ουσία

Από το παραπάνω διάγραμμα γίνεται φανερό ότι η ισορροπία υγρού-ατμού επιτυγχάνεται σε μεγαλύτερη θερμοκρασία, ανύψωση του σημείου ζέσεως, ενώ η ισορροπία στερεού-υγρού σε χαμηλότερη θερμοκρασία, ταπείνωση του σημείου πήξεως.

ΕΡΜΗΝΕΙΑ Η ελάττωση του χημικού δυναμικού του διαλύματος δεν οφείλεται στην αλληλεπίδραση των μορίων της διαλυμένης ουσίας και του διαλύτη, διότι λαμβάνει χώρα και στην περίπτωση των ιδανικών διαλυμάτων. Εφ’ όσον δεν είναι ενθαλπικό φαινόμενο πρέπει να είναι εντροπικό. Η τάση ατμών του καθαρού διαλύτη εκφράζει τη τάση του συστήματος να μεταβαίνει σε μεγαλύτερη αταξία, το οποίο συμβαίνει όταν το υγρό εξατμίζεται. Άρα όταν προστίθεται διαλυμένη ουσία συμβαίνουν τα εξής: εντροπία του υγρού Τάση για εξάτμιση Τάση ατμών Σημείο βρασμού

Ομοίως, η αυξανόμενη αταξία με την προσθήκη διαλυμένης ουσίας σε διαλύτη, ελαττώνει την τάση για πήξη και απαιτείται χαμηλότερη θερμοκρασία για την αποκατάσταση της ισορροπίας μεταξύ στερεού και υγρού, δηλαδή έχουμε ταπείνωση του σημείου πήξης.

ΠΟΣΟΤΙΚΕΣ ΣΧΕΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΤΑΠΕΙΝΩΣΗ ΤΟΥ ΣΗΜΕΙΟΥ ΠΗΞΗΣ Έστω Α ο διαλύτης και Β η διαλυμένη ουσία Στην ισορροπία υγρού-στερεού ισχύουν μ Α l = μ Α 0,l + RT lnx A (1) μ Α s = μ Α 0,s (2) G A 0,l – G A 0,s = R T lnx A (4) μ s A = μ Α l (3) Aπό την Gibbs – Helmhotz έχουμε d(G/T) dT = - H T2T2 (5)

Mετά από επεξεργασία των παραπάνω σχέσεων καταλήγουμε στη γνωστή εξίσωση της κρυοσκοπίας ΔΤ F = R T 0 2 M A ΔF HΔF H m 1000 =K F m H παραπάνω σχέση δίνει το ακριβές Μοριακό Βάρος μιας ουσίας στην περίπτωση που τα μόρια της δεν δι ΐ στανται σε μικρότερα σωματίδια. Σε διαφορετική περίπτωση όταν υπολογίζεται η γραμμομοριακότητα πρέπει να λαμβάνεται υπ’όψη ο συνολικός αριθμός των ανεξάρτητων σωματιδίων. ΔΤ F = K F 1000 m B m A MB

Aριθμός ανεξάρτητων σωματιδίων στο 1 λίτρο διαλύματος Διάλυμα C 2 H 5 OC 2 H 5 1M 1Ν Διάλυμα ΗCl 1M2N (ιόντα) Διάλυμα CH 3 COOH 1M 1N<α.α.σ.<2N (μόρια και ιόντα) Kολλοειδές διάλυμα 1Μα.α.σ.<1N (συσσωματώματα) όπου Ν ο αριθμόε Avogardo (μόρια)

ΔΤ Fκολ. < ΔΤ Fαιθ. < ΔΤ FCH3COOH < ΔΤ FΗCl Kολλοειδές διάλυμα 1Μ Διάλυμα CH3COOH 1M Διάλυμα ΗCl 1M Διάλυμα C 2 H 5 OC 2 H 5 1M

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Καταγραφή καμπύλης ψύξης του νερού Τοποθέτηση στο εσωτερικό δοχείο 50 ml νερού Τοποθέτηση στο εξωτερικό δοχείο του μίγματος ψύξης. Ρύθμιση της θερμοκρασίας του μίγματος ψύξης στους -10 °C. Αρχίζει η καταγραφή της καμπύλης ψύξης του νερού όταν η θερμοκρασία του φθάσει τους -1 °C. Καταγραφή καμπύλης ψύξης δ.υδροκυνόνης ( Toποθέτηση ποσότητας υδροκινόνης στα 50 ml νερού Ακολουθείται η προηγούμενη διαδικασία και λαμβάνεται η καμπύλη ψύξης του διαλύματος. Καταγραφή καμπύλης ψύξης δ.NaCl Ακολουθείται η προηγούμενη διαδικασία για συγκεκριμένη ποσότητα NaCl.

YΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ Υπολογισμός του σημείου πήξης του δ.υδροκυνόνης από την καμπύλη ψύξης. Υπολογισμός της ταπείνωσης του σημείου πήξης του δ.υδροκυνόνης. Υπολογισμός του Μ.Β. της υδροκυνόνης και σύγκριση με τη θεωρητική τιμή. Υπολογισμός του σημείου πήξης του δ.NaCl από την καμπύλη ψύξης. Υπολογισμός της ταπείνωσης του σημείου πήξης του δ.NaCl. Υπολογισμός του φαινόμενου Μ.Β. του NaCl. Υπολογισμός του βαθμού διάστασης του NaCl και σύγκριση με την αναμενόμενη τιμή.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1.P.W. Atkins, «Φυσικοχημεία», Τόμος I, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, Ν. Κατσάνος, «Φυσικοχημεία-Βασική Θεώρηση», 2η έκδοση, Αθήνα Ν.Θ. Ρακιντζής, «Φυσικοχημεία», 3η έκδοση, Αθήνα R.C. Reid, J.M. Prausnitz, B.E. Poling, “The properties of gases & liquids”, 4th edition, McGraw-Hill International Editions, W. Schafer, J. Klunker, T. Schelenz, T. Meier, A. Symonds, in “laboratory Experiments Chemistry”, Phywe series of publications.

ΤΕΛΟΣ ΕΝΟΤΗΤΑΣ