Mini-kurzus
Kolligatív tulajdonságok
Kolligatív tulajdonságoknál híg, közel ideális oldatban elsősorban az oldott részecskék száma számít, nem azok kémiai azonossága. Ide tartozik a gőznyomáscsökkenés, forráspont-emelkedés, fagyáspont-csökkenés és az ozmotikus nyomás.
Mi a közös bennük?
Az oldott, nem illékony részecskék csökkentik az oldószer kémiai potenciálját a tiszta oldószerhez képest. Emiatt az egyensúlyi fázisátalakulási feltételek eltolódnak. A hatás híg oldatoknál sokszor a részecskeszámmal arányos, ezért különböző anyagok azonos effektív részecskekoncentrációnál hasonló első közelítésű eltérést okozhatnak.
Raoult-törvény és gőznyomás
Ideális oldatban az oldószer résznyomása p=xoldószerp°, ahol p° a tiszta oldószer gőznyomása. Nem illékony oldott anyag jelenlétében xoldószer<1, ezért a gőznyomás csökken. Illékony oldott komponensnél mindkét komponens hozzájárulhat a teljes gőznyomáshoz, így az egyszerű „mindig csökken” megfogalmazás már nem elég.
Forráspont-emelkedés
A folyadék akkor forr, amikor gőznyomása eléri a külső nyomást. Ha az oldott anyag csökkenti a gőznyomást, magasabb hőmérséklet kell ugyanazon külső nyomás eléréséhez. Híg oldatra ΔTb=iKbm. Az összefüggésben m a molalitás, i pedig a van ’t Hoff-tényező.
Fagyáspont-csökkenés
Oldott részecskék a folyadék kémiai potenciálját csökkentik, ezért a szilárd és folyadék fázis egyensúlya alacsonyabb hőmérsékleten áll be: ΔTf=iKfm. Ezért használható só jeges úton fagyáspont-csökkentésre, bár nagyon alacsony hőmérsékleten és nagy koncentrációnál a híg ideális képlet korlátozott.
A van ’t Hoff-tényező
Egy molekula glükóz oldódáskor nagyjából egy oldott részecske marad, így i közel 1 lehet. NaCl ideális teljes disszociációja két iont adna, ezért i közel 2. Valós elektrolitoldatban ion–ion kölcsönhatások és ionpárok miatt az effektív i eltérhet az egész számtól, különösen nagyobb koncentrációnál.
Miért molalitás?
A forrás- és fagyáspont-képletekben gyakran molalitás, mol oldott anyag per kilogramm oldószer szerepel. A tömeg kevésbé függ a hőmérséklettől, mint a térfogat, ezért a molalitás stabilabb koncentrációmérték hőmérséklet-változáskor. Az ozmotikus nyomás képletében viszont gyakran moláris koncentrációt használunk.
Mérésből moláris tömeg
Ha ismert tömegű, nem disszociáló ismeretlen anyagot oldunk ismert oldószertömegben, a fagyáspont-csökkenésből becsülhető az oldott anyag mólszáma, így moláris tömege. A módszer pontosságát az idealitástól való eltérés, szennyeződés és a hőmérsékletmérés bizonytalansága korlátozza.
Próbáld ki
0,50 mol/kg molalitású, nem disszociáló oldatnál Kf=1,86 K·kg/mol. Mekkora a fagyáspont-csökkenés?
Megoldás
ΔTf=iKfm=1×1,86×0,50=0,93 K. A fagyáspont ennyivel alacsonyabb a tiszta oldószerénél az ideális közelítésben.