Коллигативные свойства растворов

 

План

5.1. Первый закон Рауля.

5.2. Эбулиоскопический закон Рауля.

5.3. Криоскопический закон Рауля.

5.4. Осмос. Осмотическое давление.

 

Коллигативными (общими) называются свойства растворов, зависящие только от их концентрации, точнее от соотношения числа частиц растворителя и растворенного вещества. Коллигативные свойства не зависят от природы веществ.

Важнейшими коллигативными свойствами растворов являются:

1) понижение давления пара над раствором;

2) повышение температуры кипения раствора;

3) понижение температуры замерзания раствора;

4) осмос и осмотическое давление.

Франсуа Мари Рауль, работавший в университете в Гренобле, был первым ученым-экспериментатором, сделавшим достаточно точные измерения, позволившие описать влияние растворенного вещества на физические свойства растворителя.

 

Первый закон Рауля

 

Первый закон Рауля: давление пара над раствором нелетучего вещества меньше давления пара над чистым растворителем. Это явление объясняется тем, что нелетучее растворенное вещество связывает часть молекул растворителя в виде сольватов (гидратов), тормозя процесс испарения.

Математическое описание первого закона Рауля для бинарной системы зависит от того электролитом или неэлектролитом является растворенное вещество:

(а) для неэлектролитов

где р_о — давление насыщенного пара над чистым растворителем,

P — давление пара над раствором нелетучего вещества,

ν (в-во) – химическое количество растворенного вещества, моль.

ν (р-ль) — химическое количество растворителя, моль.

Р₀-Р — относительное понижение давления пара над раствором;

(б) для электролитов

где i — изотонический коэффициент (коэффициент Вант-Гоффа), характеризующий диссоциацию электролита на ионы.

P — давление пара над раствором нелетучего вещества,

ν (в-во) — химическое количество растворенного вещества, моль.

ν (р-ль) — химическое количество растворителя, моль.

Р₀-Р — относительное понижение давления пара над раствором;

 

Эбулиоскопический закон Рауля

 

Эбулиоскопический закон Рауля: раствор нелетучего вещества кипит при более высокой температуре, чем чистый растворитель. Температура кипения (Т_кип) — это температура, при которой давление пара над жидкостью равно атмосферному давлению (рисунок 7).

Рисунок 7 — Давление водяного пара над водой и раствором нелетучего вещества

 

Математическое описание эбулиоскопического закона:

(а) для неэлектролитов: DТ_кип = Е·C_m,

где DТ_кип = T_кип(р-р) - T_кип(р-ль)

С_m — моляльная концентрация раствора, моль/кг

Е — эбулиоскопическая константа растворителя; Е (Н₂О) = 0,52.

С_m=

(б) для электролитов: DТ_кип = i·Е·C_m

где i — изотонический коэффициент (коэффициент Вант-Гоффа), характеризующий диссоциацию электролита на ионы

DТ_кип = T_кип(р-р) - T_кип(р-ль)

С_m — моляльная концентрация раствора, моль/кг

Е — эбулиоскопическая константа растворителя.

 

Криоскопический закон Рауля

 

Криоскопический закон Рауля: раствор нелетучего вещества замерзает при более низкой температуре, чем чистый растворитель. Температура замерзания (Т_зам) — это температура, при которой давление пара над жидкостью равно давлению над твердым растворителем.

Математическое описание криоскопического закона:

(а) для неэлектролитов: DТ_зам = К·C_m,

где DТ_зам = T_зам(р-ль) - T_зам(р-р). Для плазмы крови человека DТ_зам = 0,56º, а для плазмы животных DТ_зам = 0,58º.

К — криоскопическая константа растворителя; К (Н₂О) = 1,86.

С_m — моляльная концентрация раствора, моль/кг

(б) для электролитов: DТ_зам = i·К·C_m,

где DТ_зам = T_зам(р-ль) - T_зам(р-р),

К — криоскопическая константа растворителя;

С_m — моляльная концентрация раствора, моль/кг

i — изотонический коэффициент (коэффициент Вант-Гоффа), характеризующий диссоциацию электролита на ионы

Эбулиоскопия и криоскопия — это методы, позволяющие экспериментально определить молярные массы растворенных веществ, а также некоторые другие характеристики растворов. Определение молярной массы лекарственных препаратов криоскопическим методом широко применяется в фармакопейных анализах.