Общие свойства растворов

Общими являются свойства растворов, которые зависят от концентрации и практически не зависят от природы растворенных веществ.

Идеальным называют раствор, в котором не происходят химические реакции между компонентами, а силы межмолекулярного взаимодействия между компонентами одинаковы. Образование этих растворов не сопровождается тепловым эффектом, т.е. DН = 0, и каждый компонент ведет себя в растворе независимо от других компонентов. К идеальным растворам приближаются лишь очень разбавленные растворы.

К общим свойствам растворов относятся понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором и температуры замерзания, повышение температуры кипения и осмотическое давление.

Рауль открыл закон, согласно которому понижение давления насыщенного пара растворителя А над раствором Dр_А° пропорционально молярной доле растворенного нелетучего вещества Х_В:

р_А° - р_А = Dр_А = р_А°×х_В , (3.20)

где р_А°, р_А – давления насыщенного пара растворителя соответственно над чистым растворителем и над раствором;

Dр_А – разность между давлениями насыщенного пара над раствором Р_А и растворителем р_А°.

Из закона Рауля вытекают два следствия: первое – температура кипения раствора выше температуры кипения растворителя, повышение температуры кипения DТ_кип пропорционально моляльности раствора С_т; второе – температура замерзания (кристаллизации) раствора ниже температуры замерзания (кристаллизации) чистого растворителя, понижение температуры замерзания (кристаллизации) DТ_зам пропорционально моляльности раствора DТ_зам = К_к×С_т, где К_к - кристаллическая постоянная, и зависит от природы растворителя.

Самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую мембрану, разделяющую раствор и растворитель или два раствора с различной концентрацией растворенного вещества, называется осмосом. Осмос обусловлен диффузией молекул растворителя через полупроницаемую перегородку, которая пропускает только молекулы растворителя. Концентрированный раствор разбавляется, при этом увеличивается и высота его столба h (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Схема осмометра:

1 – вода; 2 – раствор; 3 – полупроницаемая мембрана

Количественно осмос характеризуется осмотическим давлением, равным силе, приходящейся на единицу площади поверхности и заставляющей молекулы растворителя проникать через полупроницаемую перегородку. Оно равно давлению столба раствора в осмометре высотой h.

Если внешнее давление, приложенное к более концентрированному раствору, выше осмотического p, т.е. р > p, то скорость перехода молекул растворителя из концентрированного раствора будет больше, и растворитель будет переходить в разбавленный раствор (или чистый растворитель). Этот процесс называется обратным осмосом и используется для очистки сточных вод, для получения питьевой воды. Осмотическое давление возрастает с увеличением концентрации растворенного вещества и температуры.

Для определения осмотического давления можно применить уравнение состояния идеального газа

pV = n×R×T или p = n×R×T/V,

откуда

p = с×R×T , (3.21)

где p - осмотическое давление;

с – молярная концентрация раствора.

Законы Рауля и Вант-Гоффа соблюдаются лишь в разбавленных растворах неэлектролитов. С целью сохранения для описания свойств растворов всех общих закономерностей, применимых к идеальным растворам, вместо входящих в них концентраций компонентов ввели так называемые активности. Активность а связана с концентрацией следующим соотношением: а = g×с. Здесь g - коэффициент активности, который учитывает все виды взаимодействия частиц в данном растворе. Коэффициент активности вычисляют по экспериментальным данным.