Dissoziation und Gefrierpunktserniedrigung (DIS)

1 Aufgabenstellung

Es sollte durch die Messung des Gefrierpunktes von einer verdünnten Salzlösung der Dissoziationsgrad des Salzes ermittelt werden.

2 Theorie

Durch die Lösung von Salzen in Wasser erniedrigt sich der Dampfdruck. Der geringere Dampfdruck verursacht einen tieferen Schmelzpunkt, da sich die Sublimationskurve früher mit der Dampfdruckkurve schneidet. Außerdem erhöht sich die Siedetemperatur, da der Dampfdruck geringer ist und daher mehr Energie zum Verdampfen aufgewandt werden muß. Der Siedepunkt ist allerdings nicht so leicht zu bestimmen, daher haben wir versucht, die Temperatur des Gefrierpunktes zu ermitteln.

3 Versuchsdurchführung

3.1 Gefrierpunktsbestimmung mit Hilfe der im Skript beschriebenen Apparatur

Die Temperatur der Lösung wurde indirekt mit Hilfe eines Halbleiterwiderstandes gemessen. Zur Kühlung wurde Wasser mit Viehsalz versetzt, womit wir Temperaturen bis -15°C erreichen konnten. Zuerst wurden drei Meßreihen zum Gefrierpunkt des reinen destillierten Wassers durchgeführt, und dann drei für die Lösung.

Dazu wurde im 5 Sekunden Takt der Widerstand des Halbleiters gemessen.

Die dazugehörigen Massen sind:

m₁=21,9648g

m₂=17,7618g

m₃=18,8733g

m_H2O=19,9590g

m_H2O+NaNO3=20,5375g

m_NaNO3=0,5785g

Der Fehler der Massen betrug ungefähr 0,005g.

3.2 Thermistor-Abgleich

Die Ausgleichsgerade haben wir meinem Fehlerrechnungsprogramm ermittelt.

T=(-2,798*R/1kW+19,04)°C

4 Ermittlung der Gefrierpunkte

Den Gefrierpunkt entnehmen wir den jeweiligen Graphen, er befindet sich nach dem Knick, wenn sich die Werte nicht mehr ändern.

Daraus ergibt sich für den Gefrierpunkt des Wassers bei 6,7 kW, was nach der Umrechnung einer Temperatur von (0,39±0,07)°C entspricht, die Lösung ergibt 7,0 kW mit einer Temperatur von (-0,61±0,05)°C. DT = (-1,00±0,09)°C.

5 Ermittlung der Zahl der gelösten Teilchen

Die molare Masse von Wasser ist 18,0152

Nach Gleichung 8 im Skript ergibt sich:

n2'/n1 = 1/((1,859*1000)/(1,0*18,0152)-1) = (9,8±0,8)*10^-3.

n1 = m_H2O/M1 = (19,959 / 18,0152) mol = (1,1079±0,0003) mol.

n2' = 9,8*10^-3*1,108 mol = (10,8±0,9)*10^-3 mol

6 Dissoziationsgrad

Das Salz zerfällt in zwei Teile (z = 2). Die atomare Masse von NaNO3 beträgt 84,995g/mol. Die Stoffmenge beträgt also: 6,806*10^-3 mol. Daraus folgt:

a = ((n2'/n2)-1)/(z-1) = (0,59±0,13)

7 Fragen:

7.1

Eine Lösung, in der die Atome/Moleküle des gelösten Stoffes aufgrund der hohen Anzahl von Atomen/Molekülen des Lösungsmittels nicht mehr untereinander wechselwirken können, bezeichnet man als ideal.

7.2

Da Elektrolyte Ionen beinhalten, die stark zu Wechselwirkung neigen (z.B. Na und Cl) verhindert selbst eine hohe Verdünnung diese nicht.

7.3

Gebräuchliche Konzentrationsmaße sind: Molenbruch, Molalität, Molarität. (siehe Sektion 3.1.2 im Skript)

7.4

Dissoziation ist der Zerfall eines Moleküls in zwei oder mehr Bruchstücke. Im Fall von thermischer Dissoziation wird sie durch Erhitzen hervorgerufen. Im Fall von Lösungen versteht man unter Dissoziation eines gelösten Elektrolyten die Aufspaltung der Moleküle in Ionen.

7.5

Der Dissoziationsgrad ist das Verhältnis der bei der Dissoziation zerfallenen Moleküle zur Gesamtzahl der gelösten Moleküle. Der Dissoziationsgrad kann aus allen Versuchen bestimmt werden, die es gestatten, die Anzahl der gelösten Teilchen in einer Lösung zu bestimmen.

7.6

Dieser Effekt geht aus Abb.1 Skript hervor.

7.7

Da der Unterschied zwischen flüssigem und festem Volumen einer Masseneinheit des gefrierenden/auftauenden Stoffes in der Regel recht groß ist, der Übergang zwischen den Phasen sich recht schnell vollzieht und die Temperatur ja gleichmäßig aufgetragen wird, bewirkt eine geringe Temperaturänderung im Bereich des Gefrierpunkts eine schlagartige Änderung von dp/dT.

7.8

Das Funktionieren des Kältebades ist eine direkte Folge der Zugabe des Salzes und anschließender Dissoziation. Natürlich lassen sich auch andere Salze einsetzen.

7.9

Stromfluß durch Leiter finden in der Regel durch die Elektronen des Leitungsbandes statt, diese können sich dort auch bei niedrigeren Temperaturen frei bewegen. Bei Halbleitern jedoch lassen sich bei niedrigen Temperaturen immer schwerer Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband bewegen, der elektr. Widerstand steigt.

7.10

Negativer Temperaturkoeffizient des Thermistorwiderstands bedeutet: je niedriger die Temperatur, desto größer der Widerstand des Thermistors.