Физические свойства растворов

Используя физические свойства растворов, можно опреде­лить, молекулярную массу растворенного вещества. Такими свойствами являются осмотическое давление раствора, по­нижение температуры замерзания и повышение температуры кипения раствора при растворении вещества. Если поместить в сосуд концентрированный раствор како­го-либо вещества, например, сахара, а сверху осторожно налить менее концентрированный раствор его, то вначале молеку­лы сахара и воды будут распределены в объеме раствора неравномерно. Однако через некоторое время молекулы во­ды и сахара равномерно распределятся во всем объеме рас­твора вследствие диффузии молекул растворенного вещества концентрированного раствора в разбавленный, а молекул растворителя - из разбавленного раствора в концентриро­ванный. Если между двумя растворами поместить полупро­ницаемую перегородку, через которую растворитель может проходить, а растворенное вещество не может, то выравнива­ние концентраций будет происходить только за счет перемеще­ния молекул воды. Объем раствора будет при этом увеличи­ваться, а концентрация сахара в нем будет меньшаться. Такая односторонняя диффузия через полупроницаемую перегородку называется осмосом. Давление, создаваемое при увеличении объема раствора до прекращения диффузии молекул раствори­теля через перегородку, называется осмотическим давлением раствора. Явление осмоса имеет место в природе. Оболочки клеток растений проницаемы для воды, но почти непрони­цаемы для веществ, растворенных во внутриклеточной жидкости; вода, проникая в клетки, создает в них избыточное давление, растягивая оболочки клеток и поддерживая их в на­пряженном состоянии. Осмос является причиной питания клеток и многих других явлений. В промышленности осмос используют для опреснения воды. Солевой раствор (мор­скую воду) отделяют полупроницаемой мембраной от пре­сной воды и подвергают более высокому давлению, чем смотическое давление раствора (это так называемый обрат­ный осмос). В результате часть воды переходит в фазу пре­сной воды. Сконцентрированный солевой раствор заменяют свежими порциями подлежащей опреснению воды. В 1886 году голландский химик Я.Г. Вант Гофф показал, что для разбав­ленных растворов неэлектролитов зависимость осмотическо­го давления от концентрации и температуры выражается следующим законом (Вант Гоффа): Р= CRT

где Р - осмотическое давление раствора; С - его молярная кон­центрация; Т - абсолютная температура; R - универсаль­ная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/моль·К, или PV = mRT/M

где m - масса растворенного вещества; М - молекулярная мас­са растворенного вещества; V - объем раствора, a R - уни­версальная газовая постоянная, равная 8,314 кДж/моль-К. Пользуясь (2.16), можно по величине осмотического давле­ния определить неизвестную молекулярную массу растворен­ного вещества.

Например, если осмотическое давление раствора, в 250 мл которого содержится 3 г сахара при температуре 12˚С, равно 83,14 кПа, то можно определить молекулярную массу сахара: 83,14·0,25 = 3·8,314(373+12)/М; отсюда, М = 342 г/моль. Индиви­дуальные вещества характеризуются строго определенными значениями температуры при переходе из од­ного агрегатного состояния в другое (температурой фазового перехода). Так, вода при атмосферном давлении (101,3 кПа) кипит при 100˚С, а замерзает при

0˚С. Присутствие раство­ренного вещества повышает температуру кипения раствора и понижает температуру его замерзания.

В 1887 году французский химик Рауль установил закон, в соот­ветствии с которым для разбавленных растворов неэлектроли­тов повышение температуры кипения и понижение темпера­туры замерзания определяются следующим соотношением: Δt зам (кип)= К (Е)·m_B·1000/ m_р·М

где Е — эбуллиоскопическая константа и К - криоскопическая константа; m-масса растворённого вещества, г; М -моле­кулярная масса растворённого вещества; m_р-масса раство­рителя, г.

Эбуллиоскопическая и криоскопическая константы зависят только от природы растворителя, но не зависят от природы растворенного вещества. Например, для воды К равна 1,86, а Е равна 0,52; для бензола К=5,07; Е=2,6.

Дата добавления: 2014-01-07