Colligative egenskaber

Tilsætning af opløst stof til dannelse af en opløsning stabiliserer opløsningsmidlet i den flydende fase og sænker opløsningsmidlets kemiske potentiale, så opløsningsmiddelmolekyler har mindre tendens til at bevæge sig til gas- eller faste faser. Som et resultat bliver flydende opløsninger lidt over opløsningsmidlets kogepunkt ved et givet tryk stabilt, hvilket betyder, at kogepunktet stiger. Tilsvarende bliver flydende opløsninger lidt under opløsningsmiddelets frysepunkt stabile, hvilket betyder, at frysepunktet falder. Både kogepunktsforhøjelsen og nedtrykket af frysepunktet er proportional med sænkningen af damptrykket i en fortyndet opløsning.

Disse egenskaber er kolligative i systemer, hvor det opløste stof i det væsentlige er begrænset til væskefasen. Kogepunktshøjde (som damptrykssænkning) er kolligativ for ikke-flygtige opløste stoffer, hvor den opløste stof i gasfasen er ubetydelig. Frysepunktsdepression er kolligativ for de fleste opløste stoffer, da meget få opløste stoffer opløses mærkbart i faste opløsningsmidler.

Kogepunktshøjde (ebullioskopi) Rediger

Kogepunktet for en væske ved et givet eksternt tryk er temperaturen (Tb {\ displaystyle T _ {\ rm {b}}}), hvor væskens damptryk er lig med det ydre tryk. Det normale kogepunkt er kogepunktet ved et tryk lig med 1 atm.

Kogepunktet for et rent opløsningsmiddel øges ved tilsætning af en ikke-flygtig opløsningsmiddel, og højden kan måles ved ebullioskopi . Det viser sig, at

Δ T b = T b (opløsning) – T b (puresolvent) = i ⋅ K b ⋅ m {\ displaystyle \ Delta T _ {\ rm {b}} = T _ {\ rm {b }} (løsning) -T _ {\ rm {b}} (ren \ opløsningsmiddel) = i \ cdot K_ {b} \ cdot m}

Her er jeg van-t Hoff-faktoren som ovenfor, Kb er ebullioskopisk konstant af opløsningsmidlet (lig med 0,512 ° C kg / mol for vand), og m er molaliteten af opløsningen.

Kogepunktet er den temperatur, ved hvilken der er ligevægt mellem væske- og gasfaser. Ved kogepunktet er antallet af gasmolekyler, der kondenserer til væske, lig med antallet af flydende molekyler, der fordamper til gas. Tilsætning af et opløst stof fortynder koncentrationen af de flydende molekyler og reducerer fordampningshastigheden. For at kompensere for dette og genopnå ligevægt, kogepunktet opstår ved en højere temperatur.

Hvis opløsningen antages at være en ideel opløsning, kan Kb vurderes ud fra den termodynamiske tilstand for ligevægt mellem væske og damp. Ved kogepunktet er det kemiske potentiale μA af opløsningsmidlet i opløsningsfasen er lig med det kemiske potentiale i den rene dampfase over opløsningen.

μ A (Tb) = μ A ⋆ (T b) + RT ln ⁡ x A = μ A ⋆ (g , 1 pengeautomat) {\ displaystyle \ mu _ {A} (T_ {b}) = \ mu _ {A} ^ {\ star} (T_ {b}) + RT \ ln x_ {A} \ = \ mu _ {A} ^ {\ star} (g, 1atm)},

Frysepunktsdepression (kryoskopi) Rediger

Frysepunktet (T f {\ displaystyle T _ {\ rm {f}}}) af et rent opløsningsmiddel sænkes ved tilsætning af et opløst stof, der er uopløseligt i det faste opløsningsmiddel, og måling af denne forskel kaldes kryoskopi. Det er fundet, at

Δ T f = T f (opløsning) – T f (puresolvent) = – i ⋅ K f ⋅ m {\ displaystyle \ Delta T _ {\ rm {f}} = T _ {\ rm { f}} (opløsning) -T _ {\ rm {f}} (ren \ opløsningsmiddel) = – i \ cdot K_ {f} \ cdot m} (Kan også skrives som Δ T f = T f (puresolvent) – T f (løsning) = i ⋅ K f ⋅ m {\ displaystyle \ Delta T _ {\ rm {f}} = T _ {\ rm {f}} (ren \ opløsningsmiddel) -T _ {\ rm {f}} (opløsning) = i \ cdot K_ {f} \ cdot m})

Her er Kf den kryoskopiske konstant (lig med 1,86 ° C kg / mol for vandets frysepunkt), jeg er van-t Hoff-faktoren, og m molaliteten.

I den flydende opløsning fortyndes opløsningsmidlet ved tilsætning af et opløst stof, således at færre molekyler er tilgængelige til frysning. Genoprettelse af ligevægt opnås ved en lavere temperatur, ved hvilken hastigheden ved nedfrysning bliver lig med hastigheden for flydende. Ved det lavere frysepunkt er væskens damptryk lig med det tilsvarende faste stofs damptryk, og de kemiske potentialer i de to faser er e lige så godt. Ligheden af kemiske potentialer tillader evaluering af den kryoskopiske konstant som K f = RMT f 2 / Δ H fus {\ displaystyle K_ {f} = RMT_ {f} ^ {2} / \ Delta H _ {\ mathrm {fus}} }, hvor ΔHfus er opløsningsmidlet molær entalpi af fusion.