Определение температуры замерзания антифриза

Сущность метода. Обменные процессы в живых организмах, а также большинство процессов в промышленности и сельском хозяйстве протекают в водных растворах, что предопределяет необходимость знания ха­рактеристик и законов, лежащих в основе их описания.

Антифризы (жидкости, замерзающие при отрицательных темпе­ратурах) применяются в системах охлаждения автомобильных, авиационных и тракторных двигателей при температуре окружаю­щего воздуха от -75 до 0°С.

Они должны удовлетворять следующим требованиям: иметь вы­сокую теплопроводность, низкую температуру замерзания, не вы­зывать коррозию металлических деталей в системе охлаждения, быть негорючими, неядовитыми и дешевыми.

Антифризы получают путем растворения в воде некоторых орга­нических веществ (например, этиленгликоля, глицерина, этанола и др.) и антикоррозийных добавок: декстрина (1 г/л), гидроортофосфата (2,5-3,5 г/л Na₂HP0₄). Гидроортофосфат защищает от кор­розии чугунные, стальные, медные и латунные детали; декстрин — свинцово-оловянные припои, алюминий и медь.

Маркировка антифризов связана с температурой их замерзания. Для зон с умеренным климатом рекомендуется антифриз А-65 и др.

Наиболее распространенным антифризом в настоящее время яв­ляется водный раствор этиленгликоля НОН₂С-СН₂ОН с соответст­вующими добавками. Этиленгликоль — бесцветная вязкая жид­кость с температурой кипения +198°С (при 101,3 кПа), температу­рой замерзания -12°С.

Действие антифризов связано с криоскопическим законом Рауля, согласно которому понижение температуры замерзания (кристалли­зации) раствора ∆t_зам. по сравнению с чистым растворителем прямо пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества

где t₀ — температура замерзания чистого растворителя (воды);

t _{зам. р.} — температура замерзания раствора;

С_m — моляльная концентрация растворенного вещества, моль/кг;

m (Х) — масса растворенного вещества, г;

М (Х) — молярная масса растворенного вещества, г/моль;

m_s — масса растворителя (воды), г;

К_Т — криоскопическая постоянная (для воды К_Т =1,858 К ^. кг ^. моль^-1).

Для определения температуры замерзания используют прибор, называемый криоскопом.

Рис. 2.12.1 Схема криоскопа

Прибор состоит из реакционной пробирки (1), куда помещается исследуемый раствор. Пробирка закрывается пробкой, в которую вставляются термометр (2) (с ценой деления 0,01-0,1°С) и мешал­ку (3) — проволоку с кольцом на нижнем конце. Реакционная про­бирка с термометром и мешалкой помещается в пробирку-термостат (4) и вставляется в стакан (5) с охлаждающей смесью. В качестве охлаждающей смеси используется раствор хлорида натрия.

Ход работы. Для проведения эксперимента следует достать из прибора про­бирку (1), вынуть пробку с термометром (2) и мешалкой (3) и на­лить в пробирку 10 см³ исследуемого раствора. Закрыть пробирку пробкой с термометром и мешалкой и тщательно перемешать рас­твор. Опустить пробирку с раствором в охладительную смесь и, не­прерывно помешивая мешалкой раствор, наблюдать за изменением его температуры.

1. Начиная примерно с +4°С, отмечать показания термометра че­рез каждые 10 секунд. Полученные данные занести в таблицу.

Температурные данные

τ, с
t, oC

 

2. Построить график зависимости изменения температуры раствора от времени – кривую охлаждения.

 

Кривая охлаждения

3. Определить по графику температуру замерзания раствора.

4. Используя криоскопический закон Рауля, рассчитать теоретическую температуру замерзания раствора антифриза. Растворенное вещество и его концентрацию называет преподаватель. Температу­ру замерзания чистой воды (растворителя) принять равной 0°С. Найти абсолютную и относительную погрешности эксперимента.