Кипение и замерзание растворов

Повышение температуры кипения (Т_кип) раствора по сравнению с чистым растворителем и понижение температуры его замерзания (Т_зам) связано со снижением давления насыщенного пара растворителя над раствором.

Из растворов переходит в пар при кипении и кристаллизуется при замерзании только растворитель, вследствие чего концентрация раствора по мере его кипения или замерзания возрастает. Это приводит к еще большему повышению Т_кип и понижению Т_зам раствора. Раствор, в отличие от чистого растворителя, кипит или замерзает не при постоянной температуре, а в интервале температур.

Начало температурного интервала называют температурой кипения раствора, а конец ‒ температурой конденсации. Если раствор замерзает, то начало темп-го интервала называют температурой кристаллизации, а конец - температурой плавления.

Жидкость кипит при той температуре, при которой давление её насыщенного пара достигает величины внешнего давления. Вода при р = 101кПа начинает кипеть при 100 ^оС потому, что давление насыщенного пара равно 101 кПа. Поскольку при данной температуре и давлении насыщенного водяного пара над раствором будет ниже, чем над растворителем, то при 100 °C раствор не закипает. Такое давление над раствором достигается при температуре более 100 °C, причем тем больше, чем выше концентрация раствора.

При замерзании жидкостей кристаллизация начинается при той температуре, при которой давление насыщенного пара над жидкой фазой становится равным давлению насыщенного пара над твердой фазой. Вода замерзает при 0 ^оС потому, что при этой температуре давление насыщенного пара воды над жидкостью и надо льдом равно 0,61кПа.

Давление над раствором при 0 ^оС меньше чем над водой, т.е. не достигает 0,61кПа, поэтому раствор не замерзает при 0 ^оС. Требуется понижение температуры.

Для разбавленных растворов повышение Т_кип и понижение Т_зам не зависит от природы растворенного вещества и прямо пропорционально количеству вещества n:

DТ_кип = К_Э ·n, (4.10)

где К_Э - эбулиоскопическая постоянная, равная

DТ_зам = К_к·· n, (4.11)

К_к - криоскопическая постоянная, равная

где l_исп, l_пл. - удельные теплоты испарения и плавления растворителя соответственно, Дж/г; T_исп, Т_пл, - температуры испарения и плавления растворителя соответственно.

К_Э (н₂о)= 0.516; К_к (н₂о)= 1.86.

Если Сm = 1моль/л, тогда DТ_кип = К_Э , DТ_зам = К_к.

4.1.9. Осмос. Закон Вант – Гоффа

Приведем в соприкосновение два раствора с разными концентрациями С₁ и С₂. Молекулы растворителя и растворенного вещества будут диффундировать, т.е. перейдут в тот раствор, в котором концентрация их меньше.

С₁ > С₂

С₁ С₂

С₁ С_{2 раств.в-во раств-ль}

Если С₁ > С₂, то молекулы растворителя будут переходить в раствор с концентраций С₁, а молекулы растворенного вещества в раствор с концентраций С₂. Такая двухсторонняя диффузия приводит к выравниванию концентраций.

С₁ > С₂

Сс С₁ С₁ > С₂

_{раств-ль}

Если разделить растворы полупроницаемой перегородкой, то диффузию можно сделать и односторонней, т.е. пропускать только молекулы растворителя. При условии, что С₁ > С₂ молекулы растворителя будут переходить в раствор с концентраций С₁. При переходе молекул растворителя в раствор с концентраций С₁ его объем увеличивается.

Односторонняя диффузия растворителя через полупроницаемую перегородку (мембрану) называется осмосом.

Осмотические свойства раствора количественно характеризуются осмотическим давлением, которое равно силе, приходящейся на единицу площади поверхности и заставляющей молекулы растворителя проникать через полупроницаемую мембрану. Осмотическое давление численно равно гидростатическому давлению столба жидкости высотой h.

Осмотическое давление зависит от температуры раствора и его концентрации, а от природы растворенного вещества и растворителя не зависит.

Вант-Гофф в 1886 году установил, что осмотическое давление прямо пропорционально концентрации и температуре раствора (закон Вант-Гоффа):

Р_осм = CRT, (4.12)

где С - концентрация растворенного вещества.

Активность

Законы Рауля и Вант-Гоффа соблюдаются только в разбавленных растворах неэлектролитов. По мере повышения концентрации растворенного вещества будут расти отклонения от законов идеальных растворов. Отклонения связаны с взаимодействием частиц растворенного вещества с молекулами растворителя, а также частиц растворенного вещества между собой. Учесть такое взаимодействие очень сложно, поэтому было предложено ввести поправку и вместо концентрации пользоваться величиной активности

А = γС,

гдеg - коэффициент активности, который учитывает все взаимодействия частиц в данном растворе, приводящие к отклонению от свойств идеальных растворов.

Дата добавления: 2013-12-12