Экспериментальное определение относительной молекулярной массы
Для экспериментального определения относительной молекулярной массы нелетучих веществ используются коллигативные методы, которые обсуждаются в гл. 6. Для точного определения относительной молекулярной массы газов и летучих жидкостей можно использовать масс-спектрометрию (см. разд. 1.1). Менее точное определение относительной молекулярной массы газов и летучих жидкостей осуществляется испарительными методами, к которым относятся метод шприца и метод Виктора Мейера.
Рис. 3.4. Схема определения относительной молекулярной массы по методу шприца.
Метод шприца. Существует несколько вариантов этого метода. Применительно к газам чаще всего используется вариант, предложенный А. Реньо в 1845 г. Большой стеклянный шприц с градуировкой (газовую пипетку) взвешивают до и после наполнения газом, относительная молекулярная масса которого подлежит определению. Подставляя в уравнение (6) значения массы и объема исследуемого газа, температуры и давления, при которых проводится эксперимент, а также значение молярной газовой постоянной, можно вычислить молярную массу, а следовательно, и относительную молекулярную массу газа.
Для определения относительной молекулярной массы жидкостей приходится использовать медицинский шприц, из которого жидкость вводится через резиновый колпачок в газовую пипетку, нагреваемую с целью испарения жидкости. Разность массы медицинского шприца до и после инъекции дает массу введенной жидкости, а следовательно,-массу введенного газа. Объем газа измеряют с помощью газовой пипетки. Для вычисления молярной массы, а следовательно, относительной молекулярной массы, снова используется уравнение (6). Оба метода включают точное определение температуры и давления газа.
Чтобы избежать измерения температуры и давления, можно воспользоваться сравнительным методом, в котором плотность газа неизвестной молярной массы сопоставляется с плотностью газа известной молярной массы при одинаковых температуре и давлении. Сравнение обычно проводят с такими газами, как трихлорометан (хлороформ) и пропанон (ацетон). Схематическое изображение этого эксперимента показано на рис. 3.4. Вычисление неизвестной молярной массы проводится с помощью уравнения (6) следующим образом. Плотность dx газа с известной молярной массой M1 и плотность d2 газа с неизвестной молярной массой M2 определяются соответственно выражениями
(6)
Исключая из обоих этих выражений общий множитель p/RT, находим,
Метод Виктора Мейера. Этот метод используется для определения молярной массы летучих жидкостей. Он основан на таком же принципе, как метод шприца: определение плотности газа путем измерения объема газа, полученного из жидкости с известной массой. Для вычисления молярной массы, а следовательно, и относительной молекулярной массы, тоже используется уравнение (6).
На рис. 3.5 показано схематическое изображение прибора Виктора Мейера. Исследуемая жидкость содержится в склянке Гофмана, которая поддерживается выдвижным стержнем. В результате перемещения стержня склянка падает на дно сосуда, где находится песок, который смягчает удар. Тепло от паровой рубашки заставляет жидкость испаряться, пары выталкивают пробку и заполняют сосуд. Объем вытесненного ими воздуха измеряется с помощью мерной трубки. Он измеряется при комнатной температуре и равен объему газа, который получен из жидкости с известной массой, находившейся в склянке Гофмана.
Склянка Гофмана
Оглавление: