Kolligatiiviset ominaisuudet
Kolligatiiviset ominaisuudet riippuvat ideaalirajassa liuenneiden hiukkasten lukumäärästä, eivät niiden tarkasta kemiallisesta identiteetistä. Höyrynpaineen aleneminen, kiehumispisteen nousu, jäätymispisteen lasku ja osmoottinen paine ovat saman kemiallisen potentiaalin muutoksen eri seurauksia.
Höyrynpaine
Raoult’n lain ideaalissa muodossa liuottimen osapaine on verrannollinen sen mooliosuuteen. Haihtumaton liuennut aine pienentää liuottimen mooliosuutta ja siten tasapainohöyryn painetta.
Kiehuminen
Kiehuminen alkaa, kun höyrynpaine saavuttaa ulkoisen paineen. Kun liuennut aine pienentää höyrynpainetta, tähän tarvitaan korkeampi lämpötila. Laimeassa liuoksessa ΔT_b on likimain verrannollinen molaliteettiin ja tehokkaaseen hiukkasmäärään.
Jäätyminen
Liuennut aine alentaa liuottimen kemiallista potentiaalia nestefaasissa ja siirtää neste–kiinteä-tasapainoa alempaan lämpötilaan. Tähän perustuvat tiesuola, jäätymispisteen mittaukset ja monet jäähdytysnesteet.
van ’t Hoff -tekijä
Elektrolyytti voi tuottaa useita hiukkasia. Ideaalisti NaCl antaa noin i=2 ja CaCl₂ i=3. Konsentroidussa liuoksessa ioniparit ja sähköiset vuorovaikutukset aiheuttavat poikkeamia kokonaisluvuista.
Osmoottinen paine
Ideaalille laimealle liuokselle π≈iCRT. Se voi olla suuri pienilläkin pitoisuuksilla ja soveltuu siksi esimerkiksi makromolekyylien moolimassojen määritykseen.
Ei-ideaalisuus
Suurissa pitoisuuksissa aktiivisuudet korvaavat yksinkertaisen pitoisuuskuvan. Hiukkasten kemiallinen identiteetti vaikuttaa vuorovaikutusten, assosiaation ja dissosiaation kautta, vaikka ideaalinen kolligatiivinen laki näyttää vain lukumäärän.
Yhteinen termodynamiikka
Neljä klassista ilmiötä kannattaa nähdä yhtenä kokonaisuutena: liuennut aine muuttaa liuottimen vapaata energiaa, ja eri faasi- sekä kalvotasapainot reagoivat tähän muutokseen eri tavoin.
Kemiallinen potentiaali
Yhteinen termodynaaminen syy on liuottimen kemiallisen potentiaalin aleneminen. Se siirtää höyrystymisen, jäätymisen ja kalvotasapainon ehtoja. Väkevissä liuoksissa aktiivisuus kuvaa tätä paremmin kuin pelkkä pitoisuus.
Käytännön neste
Jäähdytysnesteen valintaan vaikuttavat jäätymispisteen lisäksi viskositeetti, kiehuminen, korroosio ja lämmönsiirto. Kolligatiivinen vaikutus on keskeinen mutta ei yksin määritä toimivaa seosta.
Harjoitus
Miksi sama molaliteetti CaCl₂:ta alentaa jäätymispistettä yleensä enemmän kuin glukoosi?
Ratkaisu
Glukoosi tuottaa noin yhden hiukkasen, CaCl₂ voi dissosioitua kolmeksi ioniksi. Tehokas hiukkasmäärä on suurempi.