Physikalisches Anfaengerpraktikum. Dissoziationsgrad und Gefrierpunkterniedrigung

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1 Physikalisches Anfaengerpraktikum Dissoziationsgrad und Gefrierpunkterniedrigung Ausarbeitung von Marcel Engelhardt & David Weisgerber (Gruppe ) Montag, 1. Februar 00

2 1. Versuchsaufbau Um den Dissoziationsgrad bzw. die Gefrierpunktserniedrigung einer Loesung in Wasser zu bestimmen, benuetzt man folgenden Versuchsaufbau: Zum ansetzen einer Kaeltemischung benuetzt man Eiswasser und Viehsalz. In der Mitte wird durch eine Oeffnung im Deckel das Reagenzglas mit der Loesung/Loesungsmittel gebracht. Die Rueherer dienen dazu eine gleichmaessige Temperaturverteilung im Reagenzglas sowie im Becherglas zu erreichen. Zur Messung der Temperatur wird ein Thermistor (temperaturabhaengiger Widerstand) verwendet, der an ein Widerstandsmessgeraet angeschlossen ist. Zur Ermittlung der Temperatur wird zunaechst der Widerstand gemessen aus dem dann ueber eine Eichmessung die entsprechende Temperatur ermittelt werden kann.

3 . Eichmessung Das Kaeltebad wird von - C auf 0 C erwaermt. Dabei wird in Abstaenden von 0, C jeweils die Temperatur und der dazugehoerende Widerstandswert gemessen. Als Referenz zur Temperaturbestimmung dient ein Digitalthermomenter mit einer Genauigkeit von 0,1 C. Wir erhielten folgende Messwerte: -,00 R in 10 kω, -,0,0 -,00, -,0,1 -,00,91 -,0, -,00, -,0, -,00, -1,0,10-1,00,9-0,0, Da die Messwerte zwischen - C und -, C etwas von der erwartenden Kurve abweichen wurden diese bei der Berechnung der linearen Naeherung nicht beruecksichtigt. Aus den uebrigen Werten wurde die folgende Gerade ermittelt, die den Zusammenhang zwischen Temperatur und Widerstand des Thermistors ausdrueckt: T =,0 C 10 kω 0,1 C. Gefrierpunkterniedrigung des destillierten Wassers 0g destilliertes Wasser werden in das Reagenzglas gegeben und dieses anschliessend in das Kaeltebad. In Zeitintervallen von s wird jeweils der Widerstandswert des Thermistors abgelesen und darueber dann die Temperatur ermittelt.

4 .1.Erste Messung R in 10kΩ 0,9 11,0,9 11,1 10,19 10,1 1, 9,1 0,0,,9,1 0,1,,, 0,,9,90,19 0,1,0,, 0,0,0,0, 0,99 1,,1 1, 0, 0,,0 0,1 90,0-0,1 9,0-0,1 100, -0, 10, -0, 110, -0,1 11, -0,0 10,1-0,0 10,1-0,0 1,1-0,0 10,1-0,0 1,1-0,0 10,1-0,0 1,1-0,0 10,1-0,0 1,1-0,0 10,1-0,0 1,1-0,0 10,1-0,0 1,1-0,0 190,1-0,0 19,1-0,0 00,1-0,0 0,1-0,0 10,1-0,0 1,1-0,0 0,1-0,0,1-0,0 R in 10kΩ,,,,,,,,,,,,, m H O=, g T Kältebad C

5 . Zweite Messung R in 10kΩ 0, 9,9, 9, 10,, 1,91,1 0,1,,, 0,,11,9,0 0,0,,,9 0,1,,1,0 0,, 1, 0, 1,,1 0, 0, 0,09, -0, 90,9-0,9 9, -0,1 100, -0,1 10, -0,1 110, -0,09 11, -0,0 10, -0,0 10, -0,0 1, -0,0 10, -0,0 1, -0,0 10, -0,0 1, -0,0 10, -0,0 1, -0,0 10, -0,0 1, -0,0 10, -0,0 1, -0,0 190, -0,0 19, -0,0 00, -0,0 0, -0,0 10, -0,0 1, -0,0 0, -0,0, -0,0 0, -0,0, -0,0 0, -0,0 R in 10kΩ,,,,,,,,,,, m H O=, g T Kältebad = C

6 . Dritte Messung R in 10kΩ 0,0 10,,1 10, 10,1 10,0 1, 9,1 0,9,1,1, 0,9,1,9, 0,1,,,1 0,,,91,11 0,1 1,, 0, 0,1 0,, -0,1 0,1-0,, -0,1 90, -0,09 9, -0,0 100,1-0,0 10, 0 110, 0 11, 0 10, 0 10, 0 1, 0 10, 0 1, 0 10, 0 1, 0 10, 0 1, 0 10, 0 1, 0 10, 0 1, 0 190, 0 19, 0 00, 0 0, 0 10, 0 1, 0 0, 0, 0 0, 0, 0 0, 0 R in 10kΩ,,,,,,,,,,,, m H O=, g T Kältebad =, C

7 .Gefrierpunkterniedrigung der KNO -Loesung Im Gegensatz zu den vorangegangenen Versuchen wurden dieses Mal noch 0,g Kaliumnitrat zum destillierten Wasser hinzugegeben. Die Messung erfolgte dann analog zu..1.erste Messung m H O=0,0 g T Kältebad =,1 C R in 10kΩ 0,0 10,, 9, 10,9, 1,91,1 0,1,,,9 0,1,,9,01 0,19,0,, 0,,,, 0,0 1,, 1,01 0, 0,, 0,09 0, -0,, -0,9 90,00-1, 9,1-1,9 100, -1,9 10, -, 110, -, 11,1 -, 10,9 -,0 10, -,0 1, -, 10,0 -, 1, -, 10,9 -,09 1, -, 10,0-1, 1,9-1,0 10,91-0,9 1,9-0,9 10,9-0,9 1, -0, 190, -0, 19, -0, 00, -0, 0, -0, 10, -0, 1, -0, 0, -0,, -0, 0, -0,, -0, 0, -0, R in 10kΩ,,,,, m KNO =0, g

8 ..Zweite Messung R in 10kΩ 0,0 10,,9 11,0 10,9 11,0 1,0 10, 0, 10,, 9, 0,,,1, 0,,,, 0,01,,,1 0,,,, 0,9 1,9,1 1, 0, 0,,1 0, 90, -0,1 9, -0, 100,9-1,0 10,0-1, 110,1-1, 11,9 -,11 10, -, 10, -, 1, -,90 10, -,11 1, -, 10, -, 1, -, 10,9 -,0 1,9 -,1 10,01 -,0 1,0 -, 10,09 -, 1,1 -, 190,1 -, 19,1 -, 00,0 -, 0, -,9 10,11-1, 1,9-0,9 0,9-1,01,91-0,9 0,90-0,9,9-0,9 0,9-0,9 R in 10kΩ,,,,,,, m H O=0,0 g T Kältebad C m KNO =0, g

9 ..Dritte Messung R in 10kΩ 0, 9,01,9 10,11 10,0 9, 1,1 9,1 0,,,10, 0,,,, 0,,,0, 0,,0,, 0,,,9 1,9 0,1 1,, 0,9 0, 0,, 0,1 90,9-0, 9,0-0,1 100,9-0,9 10,0-1, 110,1-1,9 11,0-1, 10,9 -,11 10, -, 1,0 -, 10,1 -, 1, -, 10, -,9 1, -, 10,0 -, 1, -, 10,0 -, 1,0 -,0 10, -,01 1,0-1, 190,9-1,10 19,9-0,9 00,90-0,9 0,9-0,9 10, -0, 1, -0, 0, -0,, -0, 0, -0,, -0, 0, -0, R in 10kΩ,,,,, m H O =0,0 g m KNO =0, g T Kältebad =, C

10 Im Gegensatz zum destillierten Wasser stellt man bei der Kaliumnitrat-Loesung fest, dass der Gefrierpunkt um ca. 0, C niedriger liegt.. Bestimmung der Anzahl der geloesten Teilchen in Mol Die Gefrierpunkterniedrigung TG berechnet sich aus der Differenz der Mittelwerte der Messung der Gefrierpunkte der beiden Loesungen. T G1,Wasser = 0,0 C T G,Wasser = 0,0 C T G,Wasser =0,00 C T Wasser = 0,0 C T G1, KNO = 0, C T G, KNO = 0,9 C T G1, KNO = 0, C T KNO = 0, C ==> T G = T KNO T Wasser =0, C Die Berechnung der kyroskopischen Konstante ergibt: K G,Wasser = R T G,Wasser 1 kg =,1 Ws K mol,1 K, Ws g 1 kg =1,9 K mol Damit laesst sich die Anzahl der geloesten KNO-Teilchen nach Formel (9) bestimmen: n '= n 1 M 1 T G 0,0 g 0, K = K G,Wasser 1 kg 1,9 K =0,0099 mol mol 1000 g. Bestimmung des Dissoziationsgrades und dessen Fehler Mit n ' 1 n = z 1 da KNO in Teile zerfaellt, naemlich K + und NO -, ist z=. n = m = 0, g M 101 g =0,001 mol mol ergibt sich =0,1 Zur Fehlerabschaetzung: Der Fehler bei der Bestimmung des Dissoziationsgrades setzt sich aus einem systematischen Fehler von n (die Stoffmenge des abgewogenen Salzes) und einem statistischen Fehler von n' zusammen. sys = n = m 0,001 g 0,1 = =1, n m 0, g Um den statistischen Fehler von α zu ermitteln, benoetigen wir den Fehler von n', hierzu wird der Fehler von TG, der sich wiederum aus dem Fehler von R und dem Fehler der Naeherungskurve fuer die Thermistor-Eichung wie folgt berechnet:

11 R R = G,Wasser R G,Wasser n 1 n R= R w R L =0, k a= y i t x i a n R G, KNO R G, KNO n n x i x i =0,01 n 1 =0,00 10 k T G = a a R R T G =0,01 n' = T G n' T G =0,0001 stat = n' n' =19 = sys stat =0,. Fragen.1.Was versteht man unter einer idealen Loesung? Von einer idealen Loesung spricht man bei einer sehr starken Verduennung des geloesten Stoffes. Dadurch koennen die Molekuele des geloesten Stoffes nicht mehr miteinander wechselwirken...warum koennen Elektrolyte auch bei hoher Verduennung nicht als ideal verduennte Loesung angesehen werden? Da die Elektrolyte als Ionen vorliegen zeigen sie starke elektrische Wechselwirkungen und daher kann keine ideale Loesung vorliegen...welche Konzentrationsmasse sind gebraeuchlich? a) Molebruck κ Bezeichnet das Verhaeltnis des geloestem Stoff zur Gesamtstoffmenge b) Molalitaet b Bezeichnet die Stoffmenge der geloesten Substanz pro Kilogramm Loesungsmittel c) Molaritaet c Bezeichnet die Stoffmenge der geloesten Substanz pro Liter Gesamtstoffmenge

12 .. Wie kommt Dissoziation zustande? Wird ein Salz in Loesung gegeben so zerfaellt dieses in ein Kation und ein Anion. Da dadurch die Unordnung des Systems erhoeht wird, laeuft die Reaktion freiwillig ab und es koennen je nach Salz sowohl exotherme wie auch endotherme Reaktionen auftreten...was versteht man unter dem Dissoziationsgrad? Auf welche Weise kann er bestimmt werden? Der Dissoziationsgrad gibt den Anteil der zerfallenen Stoffe im Verhaeltnis zu der Gesamtzahl der geloesten Molekuele an. Er wird bestimmt durch das Verfahren von Aufgabe...Warum hat eine Salzloesung einen geringeren Dampfdruck als das Loesungsmittel allein? Durch die Anlagerung der Wassermolekuele an die geladenen Ionen sind diese staerker gebunden und koennen somit schwerer in die Dampfphase uebergehen...wie ist aus Gleichung ersichtlich, dass die Schmelzdruckkurve steil verlaeuft? Das Volumen im fluessigen Zustand entspricht ungefaehr dem Volumen im festen Zustand, damit geht die Differenz die im Nenner der Gleichung auftaucht gegen 0 und somit die Steigung gegen einen sehr grossen Wert (bzw. Unendlich)...Erklaeren sie die Funktionsweise des Kaeltebades! Warum kuehlt sich das Eis-Wassergemisch ab wenn Viehsalz zugesetzt wird? Kann man statt Viehsalz auch ein anderes Salz hinzugegeben? Beim Viehsalz liegt beim loesen in Wasser eine endotherme Reaktion vor. Daher wird dem System (Kaeltebad) Energie in Form von Waerme entzogen. Daher kuehlt das Eis-Wassergemisch ab. Daher kann man jedes Salz verwenden, dass beim loesen in Wasser eine endotherme Reaktion zeigt..9.warum ist die Aenderung des elektrischen Widerstandes mit der Temperatur bei Halbleitern groesser als bei Metallen? Metalle haben immer freie Elektronen zur elektrischen Leitfaehigkeit. Halbleiter geben im Gegensatz dazu bei Erhoehung der Temperatur Elektronen zur elektrischen Leitfaehigkeit frei..10.was bedeutet der Begriff negativer Temperaturkoeffizient des Thermistors? Wie in der Eichkurve zu sehen hat die Kennlinie eine negative Steigung. Das heisst, bei groesserer Temperatur nimmt der Widerstand ab. Daher spricht man von einem negativen Temperaturkoeffizienten.