Криоскопия

Криоскопия (от греч. κρύο — холод и греч. σκοπέω смотрю) — метод исследования растворов, в основе которого лежит измерение понижения температуры замерзания раствора по сравнению с температурой замерзания чистого растворителя. Был предложен Ф. Раулем в 1882 году.

Давление пара над раствором нелетучего вещества практически полностью определяется давлением пара растворителя и может быть выражено уравнением (согласно закону Рауля):

$~p_1 = p_1^0\cdot x_1$

где $x_1$ — мольная доля растворителя.

Видно, что оно ниже, чем давление пара над чистым растворителем, и снижается с ростом концентрации растворенного вещества.

В то же время при замерзании раствора давление пара над твердой фазой должно быть равно давлению пара над жидкостью. Если при замерзании раствора выделяется чистый растворитель, то давление пара над жидким раствором должно быть равно давлению пара над твердым чистым растворителем. Как было показано выше, давление пара над раствором ниже давления пара над чистым жидким растворителем, а следовательно, и соответствующее температуре замерзания равновесие для раствора будет устанавливаться при меньших температурах, чем для чистого растворителя. Это явление имеет важное значение в природе и технике.

Из приведенного выше выражения (закона Рауля), с учетом уравнения Клапейрона — Клаузиуса можно показать^[1], что изменение температуры замерзания $\Delta T_{cr}$ для разбавленных растворов может быть рассчитано по формуле:

$~\Delta T_{cr}= \left [ \frac {R\cdot (T_{cr}^0)^2M_1}{\Delta H_{cr} \cdot 1000} \right ] \cdot n_2$

где $\Delta H_{cr}$ — энтальпия замерзания (кристаллизации);

$M_1$ — молярная масса растворителя;

$n_2$ — моляльная концентрация растворенного вещества.

Здесь выражение в квадратных скобках зависит только от природы растворителя — это так называемая криоскопическая постоянная растворителя k:

$~\Delta T_{cr} = k \cdot n_2$

Для воды k = 1,84 K, для железа 110 K^[1].

Измеряя $\Delta T_{cr}$, можно определить молярную массу растворенного вещества, в соответствии с выражением:

$M_2= \frac{k \cdot a}{\Delta T_{cr}}$

где a — число граммов растворенного вещества, приходящееся на 1000 граммов растворителя.

Криоскопия может быть использована для определения активности растворителя, в соответствии с соотношением^[2]:

$~\ln a_1 = - \frac{\Delta H_{cr}}{RT_{cr}^0T_{cr}}\Delta T_{cr}$

Кроме того, с помощью криоскопии можно определять степень диссоциации слабых электролитов, чистоту вещества, изучать комплексообразование в растворах и пр.

См. также

Эбулиоскопия

Литература

1. ↑ ^{1 2} Патров Б. В., Сладков И. Б. Физическая химия. Ч. 1 : учеб. пособие. — СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2009. — 127 с.
2. ↑ Краснов К. С., Воробьев Н. К., Годнев И. Н. и др. Физическая химия. В 2 кн. Кн. 1. Строение вещества. Термодинамика: Учеб. для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Высш. шк., 1995. — 512 с. — ISBN 5-06-002913-1

Для улучшения этой статьи желательно?: Добавить иллюстрации.