Коллигативные свойства растворов. Коллигативными называются свойства растворов, не зависящие от природы частиц растворенного вещества

Коллигативными называются свойства растворов, не зависящие от природы частиц растворенного вещества, а зависящие только от концентрации частиц в растворе.

6.1. Осмос. Осмотическое давление

Осмос – самопроизвольная диффузия молекул растворителя через мембрану с избирательной проницаемостью.

Давление, которое нужно приложить к раствору для выравнивания скоростей взаимного проникновения молекул растворителя через полупроницаемую мембрану, называется осмотическим давлением (р_осм).

р_осм = cRT (кПа), где с – молярная концентрация.

Пример: Вычислите осмотическое давление 25%-ного раствора сахарозы при 15^оС

(r = 1,105 г/мл).

Решение:

с = = = 0,808 моль/л

р_осм = 0,808*8,314*288 = 1,935*10³ кПа

В водных растворах электролитов происходит увеличение числа частиц за счет процесса ионизации, поэтому для этих растворов при расчетах вводится изотонический коэффициент (i). Так, например, для электролита, распадающегося на два иона (KNO₃, HCl и т.п.) максимальное значение коэффициента i при полной ионизации равно 2, для электролитов типа CaCl₂, Na₂SO₄ и т.п. – 3, для FeCl₃ – 4 и т.д.

Пример: В 250 мл раствора содержится хлорид калия массой 1,86 г. При 15^оС осмотическое давление такого раствора равно 437 кПа. Вычислите изотонический коэффициент KCl в этом растворе.

Решение:

р_осм = icRT = i

i = = = 1,83

Применительно к сильным электролитам понятие степень ионизации носит условный характер. Опытным путем определяется так называемая кажущаяся степень ионизации, которая всегда ниже истинной ее величины, приближающейся в растворах сильных электролитов к единице. Это обстоятельство объясняется межионным взаимодействием в растворе, приводящим к образованию ионнных пар, которые ведут себя подобно молекулам, хотя и не являются таковыми. В общем виде связь между изотоническим коэффициентом и кажущейся степенью ионизации определяется соотношением:

i = 1 + a(k – 1) или , где

k – число ионов, образующих данный электролит.

Пример: Раствор KIO₃, в 500 мл которого содержится 5,35 г соли, оказывает при 17,5^оС осмотическое давление, равное 221 кПа. Вычислите коэффициент i и кажущуюся степень ионизации в растворе.

Решение:

i = = = 1,83

== 0,83 (83%)

Растворы с одинаковым осмотическим давлением называются изотоническими. В случае контакта двух растворов с разным осмотическим давление гипертоническим будет называться раствор с большим осмотическим давлением, а гипотоническим – с меньшим осмотическим давлением. Осмотическое давление в организме постоянно и составляет 740-780 кПа (7,4-7,8 атм) при 37^оС, что необходимо учитывать при приготовлении физиологических растворов, концентрацию которых называют осмолярностью (с_осм = ic(X)).

Пример: Опишите поведение эритроцитов в: а) 0,9%-ном растворе NaCl (r = 1 г/мл); б) 0,5%-ном растворе NaCl (r = 1 г/мл); в) 2%-ном растворе NaCl (r = 1,013 г/мл)

(i = 1,9; t =37^оС).

Решение:

а) с = = = 0,154 моль/л

р_осм = icRT = 1,9*0,154*8,314*310 = 754 кПа

Раствор изотоничен крови.

б) с = = 0,085 моль/л

р_осм = 1,9*0,085*8,314*310 = 416 кПа

Раствор гипотоничен по отношению к крови, поэтому происходит эндоосмос: движение растворителя из раствора в эритроцит, что приводит к набуханию и разрушению эритроцита (гемолиз).

в) с = = 0,346 моль/л

р_осм = 1,9*0,346*8,314*310 = 1694 кПа

Раствор гипертоничен по отношению к крови, поэтому происходит экзоосмос: движение растворителя из эритроцита в раствор, что приводит к сжатию эритроцита (плазмолиз).

На явлении осмоса основано действие некоторых слабительных средств (MgSO₄*7H₂O, Na₂SO₄*10H₂O), которые за счет плохого всасывания стенками кишечника создают в нем гипертоническую среду, вызывая тем самым поступление большого количества воды и послабляющее действие.

6.2. Давление пара растворителя над разбавленными растворами.

Согласно закону Рауля относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором нелетучего вещества равно молярной доле растворенного вещества.

=

Пример: Определите при 65^оС давление пара над раствором (р), содержащим 12 г сахарозы в 90 г воды, если давление пара над водой (р^о) при той же температуре равно 25 кПа.

Решение:

n(C₁₂H₂₂O₁₁) = = 0,035 моль; n =(Н₂О) = = 5 моль

=

р = р^о – р^о

р = 25 – = 24,826 кПа

6.3. Температура кипения и кристаллизации растворов.

Температура кипения жидкости – это температура, при которой давление насыщенного пара над жидкостью становится равным внешнему давлению. Т.к. в соответствии с законом Рауля давление насыщенного пара над раствором меньше, чем над растворителем, то температура кипения раствора будет выше, чем у растворителя. Температура замерзания раствора (из раствора кристаллизуется растворитель) более низкая по сравнению с растворителем.

Повышение температуры кипения или понижение температуры замерзания растворов нелетучих веществ прямо пропорционально моляльной концентрации раствора:

DТ_кип = Ес_m(Х); DТ_зам = Кс_m(Х), где

Е, К – эбулиоскопическая и криоскопическая константы, значения которых зависят только от природы растворителя.

Для электролитов:

DТ_кип = iЕс_m(Х); DТ_зам = iКс_m(Х)

Пример: Вычислите температуры кипения и замерзания 3%-ного раствора глицерина.

Решение:

с_m(С₃Н₈О₃) =

с_m(С₃Н₈О₃) = = 0,336 моль/кг

Для Н₂О: Е = 0,52, К = 1,86;

DТ_кип = 0,52*0,336 = 0,174 К

t_кип = 100 + 0,174 = 100,174^оС

DТ_зам = 1,86*0,336 = 0,625 К

t_зам = 0 – 0,625 = – 0,625^оС

Эбулиоскопия и криоскопия используются для экспериментального определения молярных масс растворенных веществ

DТ_кип = Е*; М =

М =

Пример: При растворении 13 г неэлектролита в 400 г диэтилового эфира (С₂Н₅)₂О температура кипения повысилась на 0,453 К. Определите молярную массу растворенного вещества (Х).

Решение:

М = = = 145 г/моль

Пример: Раствор KNO₃, содержащий 8,44% соли, показывает прирост температуры кипения на 0,797^о по сравнению с температурой кипения воды. Вычислите кажущуюся степень ионизации соли в растворе.

с_m(KNO₃) =

с_m(KNO₃) = = 0,913 моль/кг

= = 1,679

== 0,679 (67,9%)

Дата добавления: 2014-10-31