Колігативні властивості
Колігативні властивості залежать переважно від кількості розчинених частинок, а не від їхньої конкретної хімічної природи. Зниження тиску пари, підвищення температури кипіння, зниження температури замерзання та осмотичний тиск є різними наслідками зміни хімічного потенціалу розчинника.
Тиск пари
У близькому до ідеального розчині закон Рауля пов’язує парціальний тиск розчинника з його мольною часткою. Нелеткий солют зменшує мольну частку розчинника, тому його рівноважний тиск пари знижується.
Кипіння
Рідина кипить, коли тиск її пари дорівнює зовнішньому. Якщо солют знижує тиск пари при даній температурі, для кипіння потрібна вища температура. У розбавлених розчинах ΔT_b приблизно пропорційна моляльності та ефективному числу частинок.
Замерзання
Солют стабілізує рідкий розчин відносно чистого кристалічного розчинника, тому рівноважна температура замерзання знижується. Це лежить в основі соління доріг, кріоскопії та деяких антифризів.
Фактор ван ’т Гоффа
Електроліт може давати кілька частинок з однієї формульної одиниці. Ідеально NaCl дає приблизно i=2, CaCl₂ — i=3. У реальних концентрованих розчинах іонні взаємодії та асоціація зменшують відхилення від простих цілих значень.
Осмотичний тиск
Для ідеального розбавленого розчину π≈iCRT. Через високу чутливість до числа частинок осмотичний тиск зручний для оцінки молярних мас макромолекул. Він є рівноважною механічною відповіддю на різницю хімічних потенціалів розчинника.
Межі ідеальності
При високій концентрації прості лінійні формули потребують активностей. Взаємодії солют–солют і солют–розчинник, неповна дисоціація та асоціація роблять “рахування частинок” наближенням, а не повним описом.
Одна причина — кілька проявів
Чотири класичні колігативні ефекти не слід вчити як незалежний список. Вони випливають з того, що присутність солюту змінює вільну енергію та хімічний потенціал розчинника, а різні фазові або мембранні рівноваги реагують на цю зміну.
Хімічний потенціал як спільна основа
У термодинамічному описі солют знижує хімічний потенціал розчинника. Саме тому змінюються умови рівноваги рідина–пара, рідина–тверде та мембранна рівновага. Такий підхід пояснює, чому різні формули мають спільне походження і чому за високої концентрації треба переходити від простої молярності до активності.
Практична межа
Антифриз не лише знижує температуру замерзання, а й змінює температуру кипіння та теплофізичні властивості суміші. Реальний вибір складу враховує в’язкість, корозію, токсичність і неідеальність. Тому колігативний ефект є важливим, але не єдиним критерієм інженерної рідини.
Вправа
Чому 0,1 моль/кг CaCl₂ в ідеальному наближенні дає більший кріоскопічний ефект, ніж 0,1 моль/кг глюкози?
Розв’язання
Глюкоза не дисоціює і дає приблизно одну частинку на молекулу, тоді як CaCl₂ може дати три іони. Ефективна кількість частинок більша, тому колігативний ефект сильніший.