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技術(shù)文章

凝固點(diǎn)下降實(shí)驗(yàn)裝置的基本原理詳細(xì)說明

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凝固點(diǎn)下降實(shí)驗(yàn)裝置的基本原理】
  當(dāng)稀溶液凝固析出純固體溶劑時(shí),則溶液的凝固點(diǎn)低于純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn),其降低值與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比。即
Δ T = T f* - T f = K f m B (1)
  式中, Tf* 為純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn), Tf 為溶液的凝固點(diǎn), mB 為溶液中溶質(zhì) B 的質(zhì)量摩爾濃度, Kf 為溶劑的質(zhì)量摩爾凝固點(diǎn)降低常數(shù),它的數(shù)值僅與溶劑的性質(zhì)有關(guān)。
  若稱取一定量的溶質(zhì) WB(g) 和溶劑 WA(g) ,配成稀溶液,則此溶液的質(zhì)量摩爾濃度為  
  式中, MB 為溶質(zhì)的分子量。將該式代入 (1) 式,整理得 :
   ( 2)
  若已知某溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù) Kf 值,通過實(shí)驗(yàn)測定此溶液的凝固點(diǎn)降低值Δ T ,即 可計(jì)算溶質(zhì)的分子量 MB 。
通常測凝固點(diǎn)的方法是將溶液逐漸冷卻,但冷卻到凝固點(diǎn),并不析出晶體,往往成為過冷溶液。然后由于攪拌或加入晶種促使溶劑結(jié)晶,由結(jié)晶放出的凝固熱,使體系溫度回升,當(dāng)放熱與散熱達(dá)到平衡時(shí),溫度不再改變。此固液兩相共存的平衡溫度即為溶液的凝固點(diǎn)。但過冷太厲害或寒劑溫度過低,則凝固熱抵償不了散熱,此時(shí)溫度不能回升到凝固點(diǎn),在溫度低于凝固點(diǎn)時(shí)*凝固,就得不到正確的凝固點(diǎn)。從相律看,溶劑與溶液的冷卻曲線形狀不同。對純?nèi)軇﹥上喙泊鏁r(shí),自由度 f*=1-2+1=0 ,冷卻曲線出現(xiàn)水平線段,其形狀如圖Ⅲ -9-1(1) 所示。對溶液兩相共存時(shí),自由度 f*=2-2+1=1 ,溫度仍可下降,但由于溶劑凝固時(shí)放出凝固熱,使溫度回升,但回升到zui高點(diǎn)又開始下降,所以冷卻曲線不出現(xiàn)水平線段。由于溶劑析出后,剩余溶液濃度變大,顯然回升的zui高溫度不是原濃度溶液的凝固點(diǎn),嚴(yán)格的做法應(yīng)作冷卻曲線,并按下右圖中所示方法加以校正。但由于冷卻曲線不易測出,而真正的平衡濃度又難于直接測定,實(shí)驗(yàn)總是用稀溶液,并控制條件使其晶體析出量很少,所以以起始濃度代替平衡濃度,對測定結(jié)果不會產(chǎn)生顯著影響。
溶劑與溶液的冷卻曲線
  本實(shí)驗(yàn)測純?nèi)軇┡c溶液凝固點(diǎn)之差,由于差值較小,所以測溫需用較精密儀器,本實(shí)驗(yàn)使用凝固點(diǎn)下降實(shí)驗(yàn)裝置。

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