Свойства разбавленных растворов неэлектролитов

Разбавленные растворы неэлектролитов обладают рядом свойств (коллигативные свойства), которые зависят не от природы растворённого вещества, а только от числа его частиц в растворе. К таким свойствам относятся:

· понижение давления пара растворителя над раствором по сравнению с чистым растворителем;

· понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения раствора по сравнению с той же величиной для чистого растворителя;

· явление осмоса.

Понижение давления пара растворителя над раствором.

У поверхности жидкости, находящейся в замкнутом пространстве, наступает равновесие между испарением жидкости и конденсацией её паров. Пар над жидкостью в состоянии равновесия называется насыщенным паром. Давление насыщенного пара зависит от температуры и является характерной величиной для данного вещества.

Если в растворителе, например в воде, растворено нелетучее вещество, то давление насыщенного пара раствора (Р) будет ниже, чем для чистого растворителя (Р ₀) при той же температуре. Разность (Р ₀- Р)=Δ Р, отнесённую к Р ₀ (Δ Р / Р ₀), называют относительным понижением давления насыщенного пара растворителя над раствором.

Закон Рауля: относительное понижение давления насыщенного пара раствора нелетучего вещества равно мольной доле растворённого вещества, т.е.

Δ Р / Р ₀= n ₁/(n ₁+ n ₂),

где n ₁ и n ₂ – соответственно количество растворённого вещества неэлектролита и растворителя.

Закон Рауля используют для определения молярных и молекулярных масс растворённого вещества и растворителя, давления пара раствора и растворителя.

Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов. Каждая жидкость закипает, (t _кип) когда давление ее пара становится равным внешнему давлению и замерзает (t _зам), если оно равно давлению пара ее твердой фазы (льда). Поэтому понижение давления пара растворов по сравнению с чистым растворителем приводит к повышению температуры кипения (Δ t _кип) и понижению температуры замерзания (Δt_зам) растворов.

Δt_кип= t _{кип р-ра} – t _{кип р-ля}; Δ t _зам= t _{зам р-ра} – t _{зам р-ля}.

Раулем было установлено, что обе величины - Δt_кип и Δt_зам - прямо пропорциональны моляльности растворов:

Δ t _кип= Е · m, Δ t _зам= К · m,

где Е и К – соответственно эбулиоскопическая и криоскопическая константы, зависящие от природы растворителя,

m – моляльность раствора.

Ниже приведены значения эбулиоскопических и криоскопических констант некоторых растворителей:

Е К [град.·моль^-1·кг]

Вода 0,52 1,86

Бензол 5,1 2,57

Этиловый спирт - 1,16

Диэтиловый эфир 1,73 2,02

По повышению температуры кипения и понижению температуры замерзания растворов определяют относительные молекулярные массы веществ.

Осмотическое давление раствора. Осмотическое давление связано с явлением осмоса. Осмос наблюдается в системах с полупроницаемыми перегородками, разделяющими раствор и растворитель или два раствора разной концентрации. Такие перегородки способны пропускать только молекулы растворителя. Число молекул растворителя, переходящих за единицу времени через полупроницаемую перегородку со стороны растворителя или более разбавленного раствора, всегда больше числа тех молекул, которые проходят в обратном направлении. Со временем концентрации выравниваются, и система приходит в равновесное состояние. Такой самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую перегородку в раствор с большей концентрацией называют осмосом. Так как полупроницаемыми перегородками являются оболочки растительных и животных клеток, то осмос служит одним из механизмов транспортировки растворителя – воды в животных и растительных организмах.

Мерой силы, с которой растворитель стремится перейти через полупроницаемую перегородку в раствор, является осмотическое давление, численно равное тому минимальному дополнительному давлению, которое нужно приложить к раствору, чтобы осмос прекратился со стороны чистого растворителя.

Растворы с одинаковым осмотическим давлением называются изотоническими. Если раствор по сравнению с другим имеет более высокое осмотическое давление, то его называют гипертоническим, а с более низким – гипотоническим.

Осмотическое давление (Р_осм) прямо пропорционально молярной концентрации раствора (С_М) и абсолютной температуре (Т). Математически эта зависимость выражается уравнением Вант-Гоффа:

Р _осм= С _М RT,

где R – универсальная газовая постоянная.

Поскольку С _М= n / V, то формально уравнение Вант-Гоффа аналогично уравнению состояния идеального газа.

Измерение осмотического давления является одним из методов определения молекулярных масс, позволяющих в современных мембранных осмометрах определять M _r до 10⁶ (каучук, целлюлоза, белки).

Дата добавления: 2014-11-07