Лабораторная работа № 15

Термический анализ системы нафталин - фенол

Оборудование: семь пробирок с пробками, в которые вставлены термометры со шкалой на 100°С и проволочные мешалки; штатив для пробирок; большая пробирка с подставкой для использования ее в качестве воздушной рубашки; стакан емкостью 10 мл; спиртовка или водяная баня; треножник; асбестовая сетка; аналитические весы; секундомер; полотенце.

Реактивы: нафталин (С₁₀Н₈); фенол (С₆Н₅ОН).

Ход работы

В семь пробирок насыпают по 8 г смеси следующего состава:

Пробирки со смесями закрывают пробками, через которые проходят термометр на 100⁰С и проволочная мешалка, и устанавливают в штативе. В стакане емкостью 500 мл нагревают воду до кипения и опускают туда одну из пробирок с веществом (либо закрепленные пробирки помещают в баню с температурой 100⁰С). Когда вещество расплавится и нагреется до 100⁰С, пробирку вытирают насухо полотенцем и укрепляют в воздушной рубашке. Замечают время по секундомеру и записывают температуру вещества в пробирке каждые 30 секунд, постоянно перемешивая содержимое пробирки мешалкой со скоростью 1 об/с. Эксперимент повторяют с остальными пробирками. Полученные результаты записывают в таблицу:

На основании полученных результатов строят кривые охлаждения, откладывая на оси абсцисс время, а на оси ординат – температуру смеси. По изломам кривых охлаждения определяют температуру начала кристаллизации смесей и температуру отвердевания эвтектики смесей состава. Результаты записывают в таблицу:

На основании данных таблицы строят диаграмму плавкости системы нафталин - фенол, откладывая на оси ординат температуру начала кристаллизации, а на оси абсцисс – состав смеси. Определяют температуру отвердевания эвтектики и ее состав для системы нафталин – фенол.

X ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

В основе электрохимических методов анализа лежат процессы, протекающие на электродах или в межэлектродном пространстве. При выполнении анализа используют либо функциональную зависимость тока, потенциала, электрической проводимости (сопротивления) от концентрации анализируемого раствора, либо измеряют эти параметры с целью установления конечной точки титрования определяемого вещества подходящим титрантом.

Несмотря на то, что число параметров, характеризующих электрические свойства растворов, ограничено, известно много различных электрохимических методов:

· потенциометрия (частный случай рН-метрия);

· вольтамперометрия (полярография);

· кулонометрия;

· кондуктометрия;

· электрогравиметрия.

В электрохимических методах используют уникальную способность окислительно-восстановительных реакций протекать не только при непосредственном контакте, но и при их пространственном разделении.

X.1 КОНДУКТОМЕТРИЯ

Кондуктометрия является весьма распространённым физико-химическим аналитическим методом, который применяется при заводском контроле (измерение солесодержания котельных вод, регенерация ионообменных смол, контроль процессов очистки воды), в научно-исследовательской работе (определение константы диссоциации, коэффициента растворимости, константы равновесия химических реакций) и других областях науки и техники.

Кондуктометрический метод анализа основан на изучении зависимости между электрической проводимостью раствора и концентрацией ионов в этом растворе. Электрическая проводимость – электропроводность раствора электролита – является результатом диссоциации растворённого вещества и миграции ионов под действием внешнего источника напряжения. В поле электрического тока движущиеся в растворе ионы испытывают тормозящее действие со стороны молекул растворителя и окружающих противоположно заряженных ионов. Это так называемый релаксационный и электрофоретический эффекты. Результатом такого тормозящего действия является сопротивление раствора прохождению электрического тока. Электропроводность раствора определяется, в основном, числом, скоростью (подвижностью) мигрирующих ионов, количеством переносимых ими зарядов и зависит от температуры и природы растворителя.

Растворы электролитов, являясь проводниками второго рода, подчиняются закону Ома: I=U/R.

Чтобы измерить сопротивление раствора, в него погружают электроды. По аналогии с проводниками первого рода сопротивление раствора прямо-пропорционально расстоянию между электродами dи обратно-пропорционально площади их поверхности S: R= ρ∙d/S.

Коэффициент пропорциональности ρ – удельное сопротивление (Ом•См). При d = 1см и S = 1см² R = ρ, следовательно, удельное сопротивление равно сопротивлению 1см³ раствора.

Величину, обратную удельному сопротивлению, называют удельной электрической проводимостью – æ. Удельная электропроводность раствора (См•см^-1 или Ом^-1) – это электропроводность 1см³ раствора, находящегося между электродами площадью 1см², расстояние между которыми равно 1см. Из выше представленных уравнений следует, что она численно равна току, проходящему через слой раствора с поперечным сечением, равным единице, под действием градиента потенциала 1В на единицу длины.

Кроме этого различают эквивалентную λ электропроводность раствора или подвижность, которая характеризует электрическую проводимость разбавленных растворов, и зависит от суммарного числа ионов в растворе (то есть от концентрации), числа экспериментальных зарядов, переносимых каждым ионом (то есть от заряда иона), и от скорости движения одинаково заряженных ионов к катоду или аноду под действием электрического поля. Эквивалентная проводимость может быть определена расчётом из удельной проводимости с помощью формулы: λ=æ∙V, где V – разбавление, выраженное в единицах см³/моль, и определяемое по формуле V=1000/C (C – концентрация раствора).

Электропроводность раствора (или его сопротивление) измеряют в электрохимической ячейке, представляющей собой стеклянный сосуд, с вмонтированными электродами (для большей площади электродов их платинируют, то есть покрывают платиновой чернью). Конструкция ячейки для кондуктометрических измерений должна соответствовать интервалу измеряемых сопротивлений и константа ячейки при этих измерениях должна оставаться постоянной. Константа ячейки или постоянная ячейки (Θ, см^-1) определяется площадью электродов (S, см²) и расстоянием между ними (d, см): Θ = d/S

Так как геометрическое определение d и S связано с трудностями, поэтому отношение d/S, называемое постоянной (константой) ячейки Θ, определяют с помощью растворов с известной удельной проводимостью и рассчитывается по формуле:

Θ = α·R_P или Θ = α/W, т.к. R_P = 1/W,

где R_P – активное сопротивление, а W – измеряемая проводимость(измеряется по шкале измерительного прибора).

Метод кондуктометрии может быть реализован в варианте прямой кондуктометрии или кондуктометрического титрования. Прямую кондуктометрию используют для измерения концентрации довольно редко, чаще используют метод кондуктометрического титрования, основанный на использовании химической реакции, в результате которой происходит заметное изменение электропроводности раствора. Так как электропроводность является функцией концентрации, то измерение электропроводности осуществляется в процессе титрования.

Методика подготовки кондуктометра к работе и проведение на нем измерений

Измерение проводимости производится с помощью кондуктометра с использованием колоколообразного платинированного электрода. Подготовка кондуктометра к работе и определение постоянной электрохимической ячейки осуществляется в соответствии с инструкцией к прибору. При настройке используют стандартные растворы хлорида калия с известными значениями удельной проводимости, которые приведены в таблице 5.

После вычисления постоянной ячейки можно производить измерения проводимости других растворов. При этом настройки прибора должны оставаться такими же, как и при измерении проводимости эталонного раствора.

Таблица 5 – Удельная проводимость растворов хлорида калия (См×см^-1)

Для измерения проводимости исследуемого раствора необходимо выполнение следующих действий:

1) Промыть колоколообразный датчик с электродами дистиллированной водой.

2) Установить датчик в исследуемый раствор таким образом, чтобы все три платиновые кольца были полностью погружены в него.

3) После установления теплового равновесия (1-2 минуты) включить прибор нажатием кнопки «ON» до фиксации, не изменяя при этом настроек прибора, произведённых в процессе вычисления проводимости эталонного раствора;

4) Вычислить значение проводимости раствора æ по формуле:

æ = (количество делений)•(цена деления)•Θ

Если стрелка прибора «зашкаливает», значит проводимость исследуемого раствора оказалась больше ожидаемой. В этом случае необходимо установить более высокий предел проводимости, для нового предела вычислить новую постоянную ячейки по вышеизложенной схеме и повторить все инструкции для проведения измерения проводимости исследуемого раствора.

Если стрелка прибора «не отклоняется», то это означает слишком большой предел измерений. В этом случае следует изменить предел измерений на меньший, вычислить постоянную ячейки и произвести повторные измерения проводимости исследуемого раствора, соблюдая вышеизложенные пункты.