Популярные услуги

Главная » Лекции » Химия » Неорганическая химия » Коллигативные свойства растворов

Коллигативные свойства растворов

2021-03-09СтудИзба

5.5. Коллигативные свойства растворов.

Коллигативные свойства растворов - свойства раствора связанные друг с другом и обусловленные общими причинами, главным из которых является число растворенных частиц в растворе.

Добавление растворимого вещества к растворителю влияет на изменение физико-химических свойств не только растворенного вещества, но и самого растворителя. Изменение свойств раство­ренного вещества обусловлено образованием сольватов. Это вы­ражается в изменении цвета, объема и т. п. Основной причиной изменения свойств растворителя является уменьшение концент­рации его свободных молекул. В первую очередь изменяются та­кие свойства, как давление насыщенного пара растворителя, температуры замерзания и кипения раствора, а также осмотичес­кое давление. Перечисленные свойства относятся к коллигативным свойствам растворов.

I закон Рауля

Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворимого вещества.

Математическим выражением закона Рауля является уравнение:

о – Р)/Ро  = N2,

где N2 – мольная доля растворенного вещества;

Рекомендуемые материалы

Р0 - давление насыщенного пара  растворителя над чистым растворителем;

Р - давление насыщенного пара  растворителя над раствором.

Давление насыщенного пара растворителя над раствором всегда ниже, чем, над чистым растворителем (Р0>P). Явление понижения давления насыщенного пара над раствором вытекает из принципа Ле Шателье. Представим себе равновесие между жидкостью, например, водой и ее паром. Это равновесие, которому отвечает определенное давление насыщенного пара, можно выразить уравнением

2О)жидк ó (Н2О)пар

Если теперь растворить в воде некоторое количество какого-либо вещества, то концентрация молекул воды в воде понизится и пойдет процесс, увеличивающий ее, - конденсация пара. Новое равновесие установится при более низком давлении насыщенного пара.

     Рассмотрим следствия, вытекающие из этого утверждения. На фазовой диаграмме однокомпонентной системы линия О*В* зависимости давления пара растворителя над раствором расположится ниже аналогичной кривой ОВ для чистого растворителя (рис. 5.2).

Отсюда вытекает первое следствие понижения давления насыщенного пара растворителя над раствором:

Раствор всегда кипит при температуре выше температуры кипения чистого растворителя.

Жидкость закипает тогда, когда давление насыщенного пара над ней становится равным внешнему давлению. Из рис. 5.2 вид­но, что температура кипения раствора больше, чем температура кипения чистого растворителя, т. к. давление насыщенного пара растворителя достигает внешнего давления при более высокой температуре.

Рис. 5.2. Зависимость давления насыщенного пара растворителя над раствором и чистым растворителем.

Начало кристаллизации жидкости начинается, когда сравни­ваются давления насыщенных паров над твердой и жидкой фа­зой. На рис. 5.2. видно, что это происходит для раствора при более низкой температуре, чем для чистого растворителя. Следовательно:

Раствор начинает замерзать при более низкой температуре, чем чистый растворитель.

Этим свойством растворов широко пользуются дворники для очистки тротуаров ото льда зимой. Если ко льду добавить соль, то образуется раствор, температура замерзания которого ниже температуры окружающей среды, и лед тает.

Чем выше концентрация раствора, тем давление насыщенно­го пара растворителя над ним будет ниже, и раствор будет заки­пать при более высоких температурах, а замерзать при более низ­ких. Отсюда:

II закон Рауля

Повышение температуры кипения или понижение температуры кристаллизации раствора прямо пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества.

∆tкип = КЭ·сm;   ∆tкрист = КК·сm,           (5.1)

где  сm – моляльная концентрация раствора;  КЭ – эбуллиоскопическая константа растворителя;  КК – криоскопическая константа растворителя.

Моляльная концентрация в уравнениях, являющихся математическим выражением второго закона Рауля, применяется вследствие того, что во всех других способах выражения концент­раций количество растворителя зависит от количества растворен­ного вещества, а в моляльной концентрации фиксировано коли­чество растворителя (1000 граммов). Так что изменение темпера­тур плавления и кипения раствора будет зависеть лишь от коли­чества частиц растворенного в нем вещества.

Физический смысл констант КЭ и  КК легко сформулировать, допустив, что концентрация равна единице. Отсюда следует, что

эбуллиоскопическая постоянная равна моляльному повыше­нию температуры кипения, а криоскопическая постоянная равна моляльному понижению температуры замерзания раствора.

Если в растворе растворено п граммов вещества в т граммах растворителя, то легко рассчитать моляльную концентрацию раствора. Для этого надо поделить массу растворенного вещест­ва на М - его молекулярную массу, умножить на 1000 и разде­лить на массу растворителя. Получим, что

сm = 1000n/Mm.

Подставив полученное выражение концентрации в уравнения (5.1), получим уравнения для вычисления изменений темпе­ратур плавления и кипения растворов:

∆tкип = КЭ· 1000n/Mm ;                       ∆tкрист = КК·1000n/Mm.        (5.2)

Способность понижать температуру плавления или повышать температуру кипения растворов используют для определения мо­лекулярных масс новых соединений. Массы неизвестного веще­ства и растворителя можно определить точно. Эбуллиоскопичес­кие и криоскопические постоянные определены с большой точ­ностью для большого числа растворителей, и их значения можно найти в справочниках. Разность между температурами кипения чистого растворителя и раствора легко измеряется. Тогда в урав­нениях (5.2) единственной неизвестной величиной является молекулярная масса, которую можно таким образом определить очень точно. Эти методы применимы только для соединений, не диссоциирующих в выбранном растворителе.

Методами эбуллиоскопии и криоскопии можно вычислять и среднюю степень полимеризации, так как с их помощью находят среднюю молекулярную массу полимера, а молекулярная масса мономера известна.

Осмос. Осмотическое давление.

Одним из свойств растворов, связанных с изменением коли­чества свободных молекул растворителя, является осмос. Осмо­тические явления возникают на границе двух растворов различ­ной концентрации, разделенных полупроницаемой перегород­кой. Полупроницаемая перегородка пропускает только молекулы растворителя и препятствует проникновению через нее частиц растворенного вещества.

Сущность явления осмоса состоит в том, что происходит вы­равнивание концентраций соприкасающихся растворов за счет самопроизвольного перехода молекул растворителя через полуп­роницаемую перегородку из одного раствора в другой под влия­нием разницы их концентраций.

Возьмем сосуд, в котором два раствора разделены гибкой по­лупроницаемой перегородкой (рис. 5.3).

При равенстве концентраций растворов число молекул раст­ворителя, проходящих из одного раствора в другой в единицу времени, будет одинаковым, вследствие чего объемы растворов не будут изменяться. Когда же концентрации растворов разные (см. рис. 5.3, Ci > C2), то скорость перехода молекул растворителя из менее концентрированного раствора выше,

Рис.5.3. Схема возникновения явления осмоса

чем из более кон­центрированного. Это приводит в данном случае к увеличению объема правого раствора и уменьшению левого. Осмос прекра­щается, когда концентрации в обоих растворах сравняются. Ко­личественно это явление можно охарактеризовать величиной давления, которое нужно приложить к раствору, чтобы прекрати­лось проникновение молекул растворителя в раствор с большей концентрацией соли из более разбавленного. Такое давление на­зывается осмотическим давлением.

Рассчитать величину осмотического давления можно по формуле:

π=Cм RT,                         (5.3)

где  π — осмотическое давление, Сммолярная концентрация раствора (моль/л), R — универсальная газовая постоянная, Т — температура в К.

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - Лейкоцитозы и лейкопении.

Если выразить концентрацию через количество вещества и объем в литрах: n/V и подставить это отношение в уравнение (5.3), получим выражение:

π V =n RT/V,                (5.4)

напоминающее уравнение Менделеева-Клайперона для идеаль­ного газа.

Используя уравнение (5.4), сформулируем физический смысл осмотического давления:

Осмотическое давление — это такое давление, которое соз­давало бы растворенное вещество в количестве n молей, ес­ли бы оно находилось в объеме раствора в газообразном сос­тоянии при данной температуре.

Явление осмоса играет большую роль в биологии, так как свой­ствами полупроницаемых перегородок обладает большинство тка­ней организмов. Процессы обмена веществ, усвоение пищи тесно связаны с этим явлением. Резь в глазах, возникающая у человека при нырянии, также обуславливается различной проницаемостью молекул воды через глазные ткани. Этим же объясняется невоз­можность существования пресноводных рыб в морской воде.

Свежие статьи
Популярно сейчас
А знаете ли Вы, что из года в год задания практически не меняются? Математика, преподаваемая в учебных заведениях, никак не менялась минимум 30 лет. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Нашёл ошибку?
Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
Предложить исправление
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5076
Авторов
на СтудИзбе
455
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее