Коллигативные свойства растворов

1) Осмотическое давление.

Между веществами в газообразном состоянии и растворенными веществами существуют определенные сходства: вследствие своего движения молекулы стремятся занять наибольший объем, оказывая при этом давление на стенки сосуда. Диффузия растворенного вещества продолжается до тех пор, пока концентрация вещества по всему объему растворителя не станет одинаковой.

Например, если взять насыщенный раствор сахараи добавить воду.

Нижний слой – насыщенный раствор сахара. Верхний слой – вода.

Выравнивание идет в обоих направлениях. Если установить полунепроницаемую перегородку, то только молекулы воды будут участвовать в процессе. При этом объем будет увеличиваться, а концентрация уменьшаться. Такая односторонняя диффузия называется осмосом. Сила, обуславливающая осмос называется осмотическим давлением раствора (давление столба жидкости в вертикальной трубке).

1.Осмотическое давление прямо пропорционально концентрации растворенного вещества.

2.Осмотическое давление пропорционально абсолютной температуре раствора.

Вант-Гофф учитывая два эти положения и газовые законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака, установил, что осмотическое давление для разбавленных растворов может быть выражено уравнением:

PосмV = RT,

где V – объем раствора, содержащего одну грамм-молекулу растворенного вещества.

Закон Авогадро тоже применим к разбавленным растворам: эквимолярные (т.е. содержащие одно и то же число молекул в 1л) растворы различных веществ при одинаковой температуре обладают и одинаковым осмотическим давлением.

Растворы, содержащие одну грамм-молекулу растворенного вещества в 22,4 л, обладают при 0ºС осмотическим давлением равным 1 атм.

Растворы, имеющие одинаковое осмотическое давление называются изотоническими.

Осмотическое давление (подобно давлению газа) при неизменном объеме и постоянной температуре зависит только от числа молекул растворенного вещества, но не зависит ни от природы растворенного вещества, ни от природы растворителя.

V = 1/C_М Pосм = C_МRT

Закон Вант – Гоффа: осмотическое давление раствора равно тому давлению, которое производило бы растворенное вещество, если бы оно при той же температуре находилось в газообразном состоянии и занимало объем, равный объему раствора.

Этот закон справедлив только для разбавленных растворов. В концентрированных растворах и растворах электролитов наблюдаются значительные отклонения от закона.

При расчетах надо учитывать, что осмотическое давление раствора, содержащего в 1л 1 моль растворенного вещества, может быть принято 22,4 атм.

Pосм тесно связано со следующими свойствами растворов:

2) давление пара растворов.

Давление пара раствора всегда ниже давления пара чистого растворителя при той температуре. Разность между числовыми значениями давления пара чистого растворителя и давления пара раствора называется обычно понижением давления пара раствора.

В 1887г французский физик Рауль установил следующий закон: в разбавленных растворах неэлектролитов при постоянной температуре понижение давления пара пропорционально количеству вещества, растворенного в данном количестве растворителя.

ΔР = рn/N,

где ΔР – понижение давления пара,

р – давление пара чистого растворителя,

n – число молей растворенного вещества,

N – число молей растворителя.

3) замерзание и кипение растворов.

Все чистые вещества характеризуются строго определенными температурами (точками) замерзания (затвердевания) и кипения. Для чистых веществ эти значения остаются неизменными, пока вся жидкость не замерзнет или не превратится в пар.

Иначе обстоит дело с растворами. Растворенное вещество повышает температуру кипения и понижает температуру замерзания чистого растворителя, и тем сильнее, чем концентрированнее раствор. Все это является прямым следствием понижения давления пара растворов.

При замерзании разбавленных растворов вначале выделяется в твердом виде чистый растворитель. Точкой замерзания раствора считается та температура, при которой начинается выделение твердой фазы. По мере Выделения твердой фазы концентрация раствора увеличивается, температура замерзания не остается при этом постоянной, а постепенно снижается. Но выделение твердой фазы и снижение температуры замерзания происходит до тех пор, пока концентрация раствора не достигнет некоторой определенной величины, при которой весь раствор застывает в сплошную массу. Такая масса называется эвтектика.

При кипении растворов твердых веществ в жидкостях образующиеся пары состоят из чистого растворителя. Поэтому по мере выкипания жидкости концентрация раствора увеличивается и температура кипения увеличивается, пока раствор не станет насыщенным и не начнется кристаллизация, далее концентрация раствора перестает изменяться и температура кипения становится постоянной.

Количественно эти явления были описаны Раулем (6):

1. Понижение температуры замерзания пропорционально количеству вещества, растворенного в данном количестве растворителя

Δt = kC C = m/M

где Δt – понижение точки замерзания или увеличение точки кипения растворителя;

С – число моль растворенного вещества, приходящееся на 1000 г растворителя;

k – коэффициент пропорциональности (эбуллиоскопическая или криоскопическая константа растворителя)

2. Эквимолекулярные количества различных веществ, будучи растворены в одном о том же количестве данного растворителя, понижают его точку замерзания на одно и то же число градусов.

Понижение точки замерзания, соответствующее растворению 1 грамм-молекулы вещества в 1000г растворителя (молекулярное понижение), есть величина постоянная для данного растворителя – криоскопическая константа растворителя. Для различных растворителей – различны.

Молекулярное повышение точки кипения называется эбуллиоскопической константой растворителя.

Концентрированные растворы и растворы электролитов сильно от них отличаются (не подчиняются законам Вант-Гоффа).

Дата добавления: 2014-01-05