Мысал сұрақтары және шешімдердің қату нүктесінің төмендеуі туралы талқылау
Қату температурасының төмендеуі ерітінді химиясындағы маңызды коллигативті құбылыс болып табылады. Ол көптеген биологиялық, химиялық және өндірістік процестерге әсер етеді. Бұл мақалада қату температурасының төмендеуінің бірнеше мысалы қарастырылады және бұл тұжырымдаманы нақтылау үшін егжей-тегжейлі талқылаулар ұсынылады.
Мұздату нүктесіндегі депрессияны түсіну
Қату температурасының төмендеуі - еріткіштің қату температурасының төмендеуі, оған еріген зат қосылған кезде. Бұл әсер коллигативті құбылыс, яғни қату температурасының төмендеуі ерітіндідегі еріген зат бөлшектерінің санына байланысты, ал еріген заттың жеке басына байланысты емес.
Мұздату температурасының төмендеуін есептеу үшін қолданылатын жалпы теңдеу:
\[
\Дельта T_f = K_f \cdot m
\]
Қайда:
– \(\Delta T_f\) – қату нүктесінің депрессиясы.
– \(K_f\) – еріткіштің сипаттамалық қату температурасының төмендеуі константасы.
– \(m\) – ерітіндінің молярлығы (еріген заттың мольдері/еріткіштің кг).
Мұздату нүктесіндегі депрессияға арналған мысал сұрақтар
1-сұрақ
Белгілі:
– Ерітінді 5 грамм NaCl (молярлық салмақ = 58.5 г/моль) 200 грамм суда еріту арқылы жасалады.
– Судың қату температурасының төмендеуі константасы (K_f) 1.86 °C•кг/моль.
Сұрақ:
Осы ерітіндінің қату температурасының төмендеуін есептеңіз.
Талқылау:
1. Ерітіндінің молярлығын (м) есептеңіз:
Алдымен NaCl моль санын есептейміз:
\[
\text{mol NaCl} = \frac{\text{NaCl массасы (г)}}{\text{молярлық салмақ (г/моль)}} = \frac{5 \text{ g}}{58.5 \text{ г/моль}} = 0.0855 \text{ мол}
\]
Содан кейін молярлықты (еріген заттың мольдері/еріткіштің кг) есептейміз:
\[
\text{молдық} = \frac{\text{mol NaCl}}{\text{еріткіштің массасы (кг)}} = \frac{0.0855 \text{mol}}{0.2 \text{kg}} = 0.4275 \text{m}
\]
2. Қату температурасының төмендеуін есептеңіз (\(\Delta T_f\)):
\[
\Дельта T_f = K_f \cdot m = 1.86 \text{ °C•кг/моль} \cdot 0.4275 \text{ м} = 0.79545 \text{ °C}
\]
Сонымен, бұл ерітіндінің қату температурасы 0.79545 °C төмендейді.
2-сұрақ
Белгілі:
– Ерітіндіде 250 грамм суда ерітілген 10 грамм глюкоза (C₆H₁₂O₆, молярлық салмағы = 180 г/моль) бар.
– Судың қату температурасының төмендеуі константасы 1.86 °C•кг/моль.
Сұрақ:
Бұл глюкоза ерітіндісінің қату температурасының төмендеуі қандай?
Талқылау:
1. Ерітіндінің молярлығын (м) есептеңіз:
Алдымен глюкозаның моль санын есептейміз:
\[
\text{мол глюкоза} = \frac{\text{глюкоза массасы (г)}}{\text{молярлық салмақ (г/моль)}} = \frac{10 \text{ g}}{180 \text{ г/моль}} = 0.0556 \text{ моль}
\]
Содан кейін молярлықты (еріген заттың мольдері/еріткіштің кг) есептейміз:
\[
\text{молдық} = \frac{\text{мол глюкоза}}{\text{еріткіштің массасы (кг)}} = \frac{0.0556 \text{мол}}{0.25 \text{кг}} = 0.2224 \text{м}
\]
2. Қату температурасының төмендеуін есептеңіз (\(\Delta T_f\)):
\[
\Дельта T_f = K_f \cdot m = 1.86 \text{ °C•кг/моль} \cdot 0.2224 \text{ м} = 0.413664 \text{ °C}
\]
Демек, глюкоза ерітіндісінің қату температурасы 0.413664 °C төмендейді.
3-сұрақ
Белгілі:
– Ерітінді 20 грамм мочевинаны (NH₂CONH₂, молярлық салмағы = 60 г/моль) 500 грамм суда еріту арқылы дайындалады.
– Судың қату температурасының төмендеуі константасы (K_f) 1.86 °C•кг/моль.
Сұрақ:
Осы ерітіндінің қату температурасының төмендеуін есептеңіз.
Талқылау:
1. Ерітіндінің молярлығын (м) есептеңіз:
Алдымен, мочевина мольдерінің санын есептейміз:
\[
\text{молецептин мольі} = \frac{\text{молецептин массасы (г)}}{\text{молярлық салмақ (г/моль)}} = \frac{20 \text{ g}}{60 \text{ г/моль}} = 0.3333 \text{ моль}
\]
Содан кейін молярлықты (еріген заттың мольдері/еріткіштің кг) есептейміз:
\[
\text{молдық} = \frac{\text{молмочевина}}{\text{еріткіштің массасы (кг)}} = \frac{0.3333 \text{мол}}{0.5 \text{кг}} = 0.6666 \text{м}
\]
2. Қату температурасының төмендеуін есептеңіз (\(\Delta T_f\)):
\[
\Дельта T_f = K_f \cdot m = 1.86 \text{ °C•кг/моль} \cdot 0.6666 \text{ м} = 1.240476 \text{ °C}
\]
Демек, ерітіндінің қату температурасы 1.240476 °C төмендейді.
4-сұрақ
Белгілі:
– Ерітіндіде 300 грамм суда ерітілген 15 грамм сірке қышқылы (CH3₃COOH, молярлық масса = 60 г/моль) бар.
– Судың қату температурасының төмендеуі константасы (K_f) 1.86 °C•кг/моль.
Сұрақ:
Бұл сірке қышқылы ерітіндісінің қату температурасының төмендеуі қандай?
Талқылау:
1. Ерітіндінің молярлығын (м) есептеңіз:
Алдымен сірке қышқылының моль санын есептейміз:
\[
\text{сірке қышқылының молі} = \frac{\text{сірке қышқылының массасы (г)}}{\text{молярлық салмақ (г/моль)}} = \frac{15 \text{ g}}{60 \text{ г/моль}} = 0.25 \text{ моль}
\]
Содан кейін молярлықты (еріген заттың мольдері/еріткіштің кг) есептейміз:
\[
\text{молдық} = \frac{\text{сірке қышқылының молі}}{\text{еріткіштің массасы (кг)}} = \frac{0.25 \text{мол}}{0.3 \text{кг}} = 0.8333 \text{м}
\]
2. Қату температурасының төмендеуін есептеңіз (\(\Delta T_f\)):
\[
\Дельта T_f = K_f \cdot m = 1.86 \text{ °C•кг/моль} \cdot 0.8333 \text{ м} = 1.55 \text{ °C}
\]
Демек, ерітіндінің қату температурасы 1.55 °C төмендейді.
Қорытынды
Қату температурасының төмендеуі әртүрлі ғылыми және өнеркәсіптік қолданбалардағы маңызды коллигативті құбылыс болып табылады. Қату температурасының төмендеуін қалай есептеу керектігін түсіну арқылы біз әртүрлі еріген заттардың ерітіндінің қату температурасына қалай әсер ететінін болжай аламыз. Бұл мақалада бірнеше мысал есептері және ерітінділер үшін қату температурасының төмендеуін қалай есептеу керектігі талқыланды, бұл сізге қату температурасының төмендеуі ұғымын түсінуге берік негіз береді.
