Kolligatív tulajdonságok
Elég híg, közel ideális oldatokban több tulajdonság elsősorban az oldott részecskék számától, nem pedig kémiai azonosságuktól függ. A közös mechanizmus az oldószer kémiai potenciáljának csökkenése keveréskor.
Gőznyomáscsökkenés és Raoult-törvény
Nem illékony oldott anyagot tartalmazó ideális oldatban P₁=x₁P₁°. Mivel az oldószer móltörtje kisebb 1-nél, az oldat gőznyomása kisebb a tiszta oldószerénél. Ha a molekulák közötti kölcsönhatások erősen eltérnek az ideális keveréstől, pozitív vagy negatív eltérés is megjelenhet.
Forráspont-emelkedés és fagyáspontcsökkenés
A kisebb gőznyomás miatt magasabb hőmérséklet kell ahhoz, hogy az oldat gőznyomása elérje a külső nyomást, ezért nő a forráspont. Ugyanakkor a folyadék alacsonyabb hőmérsékletig marad stabil a szilárd oldószerrel szemben. ΔTb=iKbm és ΔTf=iKfm.
Ozmotikus nyomás
Híg oldatoknál π=iMRT. Az ozmotikus nyomás az a nyomáskülönbség, amely éppen megállítja a nettó oldószeráramlást egy féligáteresztő membránon át. Makromolekulák moláris tömegének becslésére is hasznos; a fordított ozmózis ennél nagyobb nyomást alkalmaz sótalanításhoz.
Elektrolitok és a van ’t Hoff-tényező
A NaCl ideálisan két ionra esik szét, így első közelítésben i≈2; CaCl₂ esetén i≈3. A valós érték kisebb lehet az ion–ion kölcsönhatások miatt. Nem elektrolitoknál, például szacharóznál i≈1, ha nincs számottevő asszociáció vagy disszociáció.
A ΔT-képletekhez molalitás kell, nem molaritás
A molalitás az oldott anyag móljainak száma egy kilogramm oldószerre. A tömeg gyakorlatilag nem változik a hőmérséklettel, a térfogat viszont igen, ezért a fagyás- és forráspontváltozás képletei molalitást használnak. Koncentrált oldatoknál aktivitások szükségesek.
Kolligatív hatások mint mérési módszerek
Moláris tömeg fagyáspontcsökkenésből
Ha ismert az ismeretlen nem elektrolit és az oldószer tömege, ΔT_f-ből meghatározható a molalitás, ebből az anyagmennyiség, majd a moláris tömeg. A módszer híg, nem reagáló és nem asszociáló rendszerben a legjobb.
A fagyálló termodinamikai kompromisszum
Az etilénglikol csökkenti a víz fagyáspontját és emeli a forráspontját, de a valódi hűtőfolyadék tervezéséhez a viszkozitás, a hőátadás és a korrózióvédelem is számít.
Ozmózis és sejtek
A sejthártya szelektív áteresztése miatt az ozmotikus gradiens megváltoztathatja a sejt térfogatát. A biológiai értelmezéshez tudni kell, mely ionok és molekulák jutnak át a membránon.
Számított példa: fagyáspontcsökkenés
0,100 mol nem elektrolit 0,500 kg vízben m=0,200 mol kg⁻¹. K_f=1,86 K kg mol⁻¹ és i=1 mellett ΔT_f=0,372 K, vagyis a fagyáspont közel −0,372 °C. Egy ideális 1:1 elektrolit körülbelül kétszer ekkora csökkenést adna.
Desztilláció és gőzösszetétel
A Raoult-törvény szerint az illékonyabb komponens aránya a gőzben nagyobb lehet, mint a folyadékban. Ismételt párologtatással és kondenzációval ez a komponens dúsítható. Két illékony komponenshez teljes folyadék–gőz egyensúly szükséges.
Asszociáció esetén i kisebb is lehet 1-nél
Dimerizáció vagy más asszociáció csökkenti az önálló oldottrészecskék számát, ezért az effektív van ’t Hoff-tényező 1 alá is kerülhet.
Feladatok
Részecskeszám
Megoldás
Azonos molalitásnál melyik csökkenti ideálisan jobban a fagyáspontot: glükóz vagy NaCl?
A NaCl, mert képletegységenként közel két részecskét ad.
Molalitás
Megoldás
Miért molalitást használunk molaritás helyett ΔT_f számításához?
Mert az oldószer tömege lényegében független a hőmérséklettől.
Ozmózis
Megoldás
Mi az ozmotikus nyomás?
Az a külső nyomás, amely megállítja a nettó oldószeráramlást a féligáteresztő membránon.