Общие свойства растворов
Общими являются свойства растворов, которые зависят от концентрации и практически не зависят от природы растворенных веществ. Такие свойства могут проявляться в полной мере в идеальных растворах. Идеальным называют раствор, в котором не происходят химические реакции между компонентами, а силы межмолекулярного взаимодействия между компонентами одинаковы. Соответственно, образование этих растворов не сопровождается тепловым эффектом (ΔН = 0) и каждый компонент ведет себя в растворе независимо от других компонентов. К идеальным растворам по своим свойствам приближаются лишь очень разбавленные растворы, т.е. растворы с очень низкой концентрацией растворенного вещества. К общим свойствам растворов относятся понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором и температуры замерзания, повышение температуры кипения и осмотическое давление. Эти свойства проявляются в случае растворов нелетучих растворенных веществ, т.е. веществ, давлением паров которых можно пренебречь.
Закон Рауля.Молекулы нелетучего растворенного компонента раствора препятствуют улетучиванию из раствора молекул растворителя. Французский ученый Р. Рауль открыл закон, согласно которому понижение давления насыщенного пара растворителя А над раствором ΔрА пропорционально молярной доле растворенного нелетучего вещества хВ:
р0А – рА = ΔрА = р0АхВ,
где р0А, рА – давления насыщенного пара растворителя соответственно над чистым растворителем и над раствором; ΔрА – разность между давлениями насыщенного пара растворителя над раствором, рА и растворителем р0А. Т.е. с увеличением содержания нелетучего растворенного компонента давление пара растворителя над раствором уменьшается.
Из закона Рауля возникают два следствия. Согласно одному из них температура кипения раствора выше температуры кипения растворителя. Это обусловлено тем, давление насыщенного пара растворителя над раствором становится равным атмосферному давлению (условие кипения жидкости) при более высокой температуре, чем в случае чистого растворителя. Повышениетемпературы кипения ΔТкип пропорционально моляльности раствора ст
ΔТкип = Кэст,
где Кэ – эбулиоскопическая постоянная растворителя.
Согласно второму следствию из закона Рауля температура замерзания (кристаллизации) раствора ниже температуры замерзания (кристаллизации) чистого растворителя. Это обусловлено более низким давлением пара растворителя над раствором, чем над растворителем. Понижение температуры замерзания (кристаллизации)
ΔТзам = Ккст,
где Кк – криоскопическая постоянная.
Значения Кэ и Кк зависят от природы растворителя.
Используя ΔТкип и ΔТзам, можно определить молярную массу вещества. Для этого экспериментально определяют повышение температуры кипения или замерзания раствора. Если известна масса растворенного вещества тВ и растворителя тА, то молярную массу растворенного вещества МВ определяют по уравнению
МВ = ,
где К ≡ Кэ либо К ≡ Кк.
Осмотическое давление. 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.
Молекулы растворителя диффундируют из растворителя в раствор или из менее концентрированного раствора в более концентрированный, поэтому концентрированный раствор разбавляется, при этом увеличивается и высота его столба (рис. 5.1.) 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. При равновесии внешнее давление уравновешивает осмотическое давление. | Рис.5.1. Схема осмометра: 1 - вода; 2 - раствор; 3 - полупроницаемая мембрана |
Осмотическое давление возрастает с увеличением концентрации растворенного вещества и температуры. Вант-Гофф предположил, что для осмотического давления можно применить уравнение состояния идеального газа
или π = ,
откуда ,
где – осмотическое давление; с – молярная концентрация раствора.
Осмос играет очень важную роль в биологических процессах, обеспечивая поступление воды в клетки и другие структуры. Растворы с одинаковым осмотическим давлением называются изотоническими. Если осмотическое давление выше внутриклеточного, то оно называется гипертоническим, если ниже внутриклеточного – гипотоническим. Например, среднее осмотическое давление крови при 36 ˚С равно 780 кПа.
Гипертонические растворы сахара (сироп) и соли (рассол) широко применяются для консервирования продуктов, так как вызывают удаление воды из микроорганизмов.
Активность. Законы Вант-Гоффа и Рауля строго выполняются только в случае бесконечно разбавленных растворов. При увеличении концентрации раствора начинает все больше сказываться взаимодействие частиц растворенного вещества друг с другом и его свойства все больше отклоняются от идеальности. Эти сложные по природе взаимодействия учитывают, заменяя концентрацию компонента с его активностью а:
а = γс,
где γ - коэффициент активности, который формально учитывает все виды взаимодействия частиц в данном растворе, приводящие к отклонению от свойств идеального раствора.
Коэффициент активности вычисляют по экспериментальным данным. Для этого какое-либо из свойств раствора (например, температуру кипения или замерзания) и определяют коэффициент активности как частное от деления экспериментально полученной величины на теоретически рассчитанную по законам идеальных растворов.
Дата добавления: 2020-03-21; просмотров: 629;