Колигативни свойства

Колигативните свойства зависят главно от броя разтворени частици, а не от химичната им идентичност. Това е граница на разредения идеален разтвор; при концентрирани разтвори и силни взаимодействия трябва да се използват активности вместо прости концентрации.

Парното налягане намалява с молния дял на разтворителя

За идеален разтвор с нелетливо разтворено вещество законът на Раул дава Pразтворител = xразтворителP°разтворител. Когато молният дял на разтворителя е под единица, парциалното му налягане е по-ниско от това на чистия разтворител.

Причината е термодинамична: смесването понижава химичния потенциал на разтворителя в течността. Обяснението, че частиците просто „заемат повърхността“, не е общият механизъм на закона на Раул.

Нелетливо разтворено вещество понижава парното налягане чрез намаляване на молния дял и химичния потенциал на разтворителя.чист разтворителразтворпарно налягане
Нелетливо разтворено вещество понижава парното налягане чрез намаляване на молния дял и химичния потенциал на разтворителя.

Точката на кипене се повишава, а точката на замръзване се понижава

По-ниското парно налягане означава, че разтворът трябва да се нагрее повече, за да достигне външното налягане, следователно точката на кипене се повишава. Равновесието между течен и твърд разтворител се измества така, че точката на замръзване се понижава.

За разредени разтвори ΔTb = iKbm и ΔTf = iKfm. Kb и Kf са константи на разтворителя, m е молалността, а i отчита ефективния брой частици.

Точката на кипене се повишава, а точката на замръзване се понижава; в разредения идеален предел ефектът следва броя частици.ΔTb > 0ΔTf > 0температура
Точката на кипене се повишава, а точката на замръзване се понижава; в разредения идеален предел ефектът следва броя частици.

Осмотичното налягане също брои частици

За идеален разреден разтвор π = iMRT. Осмотичното налягане е налягането, което трябва да се приложи от страната на разтвора, за да се спре нетният поток на разтворител през селективна мембрана.

Приликата с закона за идеалния газ идва от ентропията на смесване на разредените частици, но осмозата не е газов процес: мембраната и химичният потенциал на разтворителя са съществени.

Електролитите изискват фактор на van ’t Hoff

Захарозата остава главно като цели молекули и i е близо до 1. NaCl при много разреден идеален предел може да даде около два йона, а CaCl₂ около три частици на формулна единица.

В реални електролити i често е по-малко от цялото число поради йонни взаимодействия; отклоненията обикновено нарастват с концентрацията.

Температурните формули използват молалност

Молалността е количество разтворено вещество на килограм разтворител. Масата не се изменя с температурата, докато обемът и моларността се изменят.

Затова ΔTb и ΔTf използват молалност. Осмотичното налягане удобно се пише с моларност, защото π се измерва при определена температура и обем.

Колигативните ефекти като измервания

Моларна маса от понижение на точката на замръзване

Известна маса от непознат неелектролит се разтваря в известна маса разтворител. Измереното ΔTf дава m = ΔTf/Kf, после количеството вещество и моларната маса.

Антифриз и сол по пътищата

Разтворено вещество може да понижи точката на замръзване на водата. В охлаждащи течности е полезно и повишението на точката на кипене. Реалната ефективност на солта зависи и от температура, разтворимост, корозия и околна среда.

Осмоза в биологични системи

Клетките реагират на ефективната разлика в броя частици и на пропускливостта на мембраната. Следователно еднаква осмоларност не винаги означава еднаква тоничност.

Числен пример: замръзване

0,100 mol неелектролит в 0,500 kg вода дава m = 0,200 mol kg⁻¹. При Kf = 1,86 K kg mol⁻¹ получаваме ΔTf = 0,372 K.

Дестилация и летливи компоненти

Ако и двата компонента са летливи, и двата допринасят към общото парно налягане. Парата често се обогатява с по-летливия компонент и простият модел на нелетливо разтворено вещество вече не е достатъчен.

Асоциация може да даде i < 1

Ако разтворените молекули образуват димери или агрегати, броят независими частици намалява. Измереният колигативен ефект може да е по-малък от предсказания при i = 1.

Упражнения

1. Понижение на точката на замръзване

0,100 mol захароза в 0,500 kg вода; Kf = 1,86 K kg mol⁻¹; i = 1.

Решение

m = 0,200 mol kg⁻¹ и ΔTf = 0,372 K.

2. NaCl и захароза

Защо еднаква молалност NaCl дава по-голям идеален ефект?

Решение

NaCl дава приблизително два йона, а захарозата една молекула, така че i е около 2 срещу 1.

3. M или m?

Коя концентрация се използва в ΔTb?

Решение

Използвайте молалност m, защото Kb и Kf са дефинирани на kg разтворител.