Proprietăți coligative

Scăderea presiunii de vapori și legea lui Raoult

Pentru o soluție ideală cu solut nevolatil, P₁=x₁P₁°. Deoarece fracția molară a solventului x₁ este sub 1, presiunea de vapori a soluției este mai mică decât a solventului pur. Soluțiile reale pot avea abateri pozitive sau negative atunci când interacțiile intermoleculare diferă mult de amestecarea ideală.

Creșterea punctului de fierbere și scăderea punctului de îngheț

Presiunea de vapori mai mică înseamnă că soluția trebuie încălzită mai mult pentru ca presiunea vaporilor să atingă presiunea externă, deci punctul de fierbere crește. Lichidul rămâne stabil până la o temperatură mai mică înainte de îngheț. ΔT_b=iK_bm și ΔT_f=iK_fm.

Presiunea osmotică

Pentru soluții suficient de diluate, π=iMRT. Presiunea osmotică este presiunea necesară pentru a opri fluxul net de solvent printr-o membrană semipermeabilă. Este utilă pentru estimarea maselor molare ale macromoleculelor; osmoza inversă aplică o presiune și mai mare pentru desalinizare.

Electroliții și factorul van ’t Hoff

NaCl produce ideal doi ioni, deci prima aproximație este i≈2; CaCl₂ — aproximativ 3. Valorile reale pot fi mai mici din cauza interacțiilor ionice. Pentru neelectroliți precum zaharoza, i≈1 dacă moleculele nu se asociază sau disociază semnificativ.

Molalitate, nu molaritate, în formulele pentru ΔT

Molalitatea înseamnă moli de solut per kilogram de solvent. Masa este practic independentă de temperatură, în timp ce volumul soluției se schimbă, de aceea formulele pentru fierbere și îngheț folosesc molalitatea. Pentru soluții concentrate sunt necesare activități.

Folosirea efectelor coligative ca măsurători

Masă molară din scăderea punctului de îngheț

Dacă sunt cunoscute masele solutului necunoscut și solventului, ΔT_f dă molalitatea, apoi numărul de moli și masa molară. Metoda este cea mai bună când solutul nu se disociază, nu se asociază și nu reacționează.

Antigelul este un compromis termodinamic

Etilenglicolul scade punctul de îngheț și crește punctul de fierbere al apei, dar un lichid de răcire real trebuie să optimizeze și vâscozitatea, transferul termic și protecția anticorozivă.

Osmoză și celule

Permeabilitatea selectivă a membranelor celulare permite gradientelor osmotice să modifice volumul celulelor. Trebuie ținut cont de ionii și moleculele care pot traversa membrana, nu doar de π=iMRT.

Exemplu: scăderea punctului de îngheț

0,100 mol de neelectrolit în 0,500 kg de apă dau m=0,200 mol kg⁻¹. Cu K_f=1,86 K kg mol⁻¹ și i=1, ΔT_f=0,372 K, deci punctul de îngheț estimat este aproximativ −0,372 °C. Un electrolit ideal 1:1 ar produce aproape dublu.

Distilare și compoziția vaporilor

Legea lui Raoult explică de ce componenta mai volatilă poate fi mai concentrată în vapori decât în lichid. Evaporarea și condensarea repetate o îmbogățesc. Dacă ambele componente sunt volatile, este necesară descrierea completă a echilibrului lichid–vapori.

Asocierea poate da i<1

Dimerizarea sau alte forme de asociere reduc numărul particulelor independente, astfel încât factorul van ’t Hoff efectiv poate coborî sub 1.

Exerciții

Număr de particule

Molalitate

Osmoză