Właściwości koligatywne roztworów

Właściwości koligatywne roztworów – właściwości fizykochemiczne roztworów, które zależą tylko od ilości substancji rozpuszczonej, a nie są zależne od jej rodzaju. Substancja rozpuszczona musi być przy tym nielotna, nie może być elektrolitem, a prężność jej par musi być zaniedbywalnie mała. Ponadto nie może rozpuszczać się w stałym rozpuszczalniku.

Właściwości koligatywne roztworu są inne w porównaniu do czystego rozpuszczalnika. Zmiany te wynikają ze zmniejszenia potencjału chemicznego ciekłego rozpuszczalnika spowodowaną obecnością substancji rozpuszczonej.

Należą do nich:

• obniżenie prężności pary nad roztworem,
• efekt ebulioskopowy – podwyższenie temperatury wrzenia i związane z nim obniżenie prężności pary nad roztworem względem czystego rozpuszczalnika; efekt ten jest wykorzystany w ebuliometrii,
• efekt krioskopowy – obniżenie temperatury krzepnięcia roztworów,
• ciśnienie osmotyczne.

Obniżenie prężności pary nad roztworemSzablon:Odn

Według prawa Daltona całkowita prężność pary nad roztworem jest równa sumie prężności cząstkowych składników roztworu, czyli substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika. W przypadku roztworu ciała stałego w cieczy prężność pary substancji rozpuszczonej jest równa zeru, stąd całkowita prężność pary nad roztworem będzie równa (z prawa Raoulta): $p=p_r{x}_A$(gdzie x_A to ułamek molowy rozpuszczalnika). W stałej temperaturze prężność pary nad roztworem ciała stałego w cieczy zawsze będzie mniejsza niż nad czystym rozpuszczalnikiem.

Wzór na obniżenie prężności pary nad roztworem:

$\mathrm{\Delta }p=p_r^o{x}_B,$

gdzie:

$x_B$ to ułamek molowy substancji rozpuszczonej w roztworze.

Z tego wynika, że obniżenie prężności pary nad roztworem jest zależne od ilości substancji rozpuszczonej.

Podwyższenie temperatury wrzenia roztworuSzablon:Odn

Równanie Clausiusa-Clapeyrona opisuje zależność między podwyższeniem temperatury wrzenia roztworu a stężeniem substancji rozpuszczonej.

Równanie Clausiusa-Clapeyrona można przekształcić:

$nRT=pV⟹\frac{dp}{p}=\frac{\mathrm{\Delta }p}{p_A}=\frac{\mathrm{\Delta }{H}_p}{R{T}_w^2}\mathrm{\Delta }{T}_w=x_s,$

gdzie:

$T_w$ – temperatura wrzenia czystego rozpuszczalnika,

$\mathrm{\Delta }{H}_p$ – molowe ciepło parowania w temperaturze wrzenia,

$\mathrm{\Delta }{T}_w$ – zmiana temperatury wrzenia,

$x_s$ – ułamek molowy substancji rozpuszczonej.

Po kolejnym przekształceniu otrzymuje się:

$\mathrm{\Delta }{T}_w=\frac{R{T}_w^2}{\mathrm{\Delta }{H}_p}⟹\mathrm{\Delta }{T}_w=K_e{x}_s,$

gdzie:

$K_e$ to stała ebulioskopowa.

Obniżenie temperatury krzepnięcia roztworuSzablon:Odn

Temperatura krzepnięcia roztworu jest niższa niż temperatura krzepnięcia dla czystego rozpuszczalnika. Podobnie jak w przypadku temperatury wrzenia, obniżenie temperatury krzepnięcia jest proporcjonalne do stężenia molalnego roztworu (lub do ułamka molowego substancji rozpuszczonej). Zmianę temperatury krzepnięcia oblicza się ze wzoru:

$\mathrm{\Delta }{T}_k=K_k{x}_B,$

gdzie:

$K_k$ to stała krioskopowa.

Bibliografia

• Szablon:Cytuj