Коллигативные свойства растворов

Коллигативные свойства растворов — это свойства растворов, обусловленные только самопроизвольным движением молекул, то есть они определяются не химическим составом, а числом кинетических единиц — молекул в единице объёма или массы[1]. К таким коллигативным свойствам относятся:

• Понижение упругости растворителя над раствором,
• Повышение температуры кипения растворов (в сравнении с чистыми растворителями),
• Понижение температуры замерзания растворов (в сравнении с чистыми растворителями),
• Возникновение осмотического давления .

Законы Рауля

Первый закон Рауля

Пар, находящийся в равновесии с жидкостью, называют насыщенным. Давление такого пара над чистым растворителем (p₀) называют давлением или упругостью насыщенного пара чистого растворителя.

Франсуа Мари Рауль

В 1886 (1887) году Ф. М. Рауль сформулировал закон:

Давление насыщенного пара раствора, содержащего нелетучее растворенное вещество, прямо пропорционально мольной доле растворителя в данном растворе:

p = p₀ · χ_р-ль, где

p — давление пара над раствором, Па;

p₀ — давление пара над чистым растворителем;

χ_р-ль —— мольная доля растворителя.

Для растворов электролитов используют несколько другую форму уравнения, позволяющую добавить в неё изотонический коэффициент:

Δp = i · p₀ · χ_в-ва, где

Δp — собственно изменение давления по сравнению с чистым растворителем;

χ_в-ва — мольная доля вещества в растворе.

Второй закон Рауля

Также Рауль экспериментально доказал, что

относительное понижение давления насыщенного пара растворителя (p^0) над раствором (p) нелетучего неэлектролита пропорционально мольной доле (X) растворённого вещества:

p^0 – p/p^0 = X (в-ва)

Следствия закона Рауля:

Любая жидкость закипает, когда давление пара становится равным атмосферному давлению.

Замерзает раствор, когда давление водяного пара над раствором становится равным давлению пара над твёрдым растворителем — льдом.

Растворы кипят при более высоких температурах

ΔT_кип. = T_{кип.(р-ра)} – T_{кип.(р-ля)},

а замерзают при более низких,

ΔT_зам. = T_{зам.(р-ра)} – T_{зам.(р-ля).}

Понижение T_зам. и повышение T_кип. растворов пропорционально моляльности раствора:

ΔT_зам. = K_кр. × m_c,

ΔT_кип. = K_эб. × m_c,

K_кр.  — криоскопическая постоянная,

K_эб. — эбулиоскопическая постоянная,

m_c. — моляльность раствора (моль/кг).

Для H₂O:

К_кр. = 1,86 кг × град/моль,

К_эб. = 0,52 кг × град/моль.

Осмотическое давление

Осмотическое давление — это минимальное гидростатическое давление, которое надо приложить к раствору, чтобы предотвратить осмос.

Рассмотрим ситуацию, при которой частично проницаемая мембрана (то есть, такая, через которую могут проходить лишь мелкие объекты, например, молекулы растворителя, но не крупные — например, молекулы растворённого вещества) разделяет чистый растворитель и раствор (или два раствора с разными концентрациями). Тогда молекулы растворителя находятся практически в равных физических условиях по обе стороны мембраны, однако в более насыщенном растворе некоего вещества их концентрация, разумеется, меньше, чем в более разбавленном (в котором меньше места в растворе занимают молекулы растворённого вещества). Следовательно, со стороны менее насыщенного раствора через мембрану диффундирует большее число молекул, чем с противоположной стороны. А это значит, что растворитель попросту переходит из менее насыщенного раствора в более насыщенный, разбавляя его (выравнивая концентрации обоих растворов) и создавая давление на мембрану.

В медицинской практике применяются изотонические растворы. Это растворы, осмотическое давление которых равно π (плазмы) (0,9% NaCl — физраствор, 5% раствор глюкозы).

Определить осмотическое давление раствора можно по формуле, полученной в 1886 году Я. Х. Вант-Гоффом:

π = i · C_Mв-ва · R · T , [кПа] где

i — изотонический коэффициент;

C_Mв-ва — молярная концентрация раствора, выражаемая в моль/л;

R — универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/моль·К);

T — температура (К).

См. также

• Осмос

Примечания

1. Д.А.Фридрихсберг. Курс коллоидной химии. — Ленинград "Химия", 1984. — С. 368.

Литература

1. Ершов Ю.А. Общая химия.Биофизическая химия.Химия биогенных элементов. — Издание восьмое, стереотипное. — Москва: Высшая школа, 2010. — 559 с.