Kolligatiiviset ominaisuudet

Liuotetun aineen lisääminen liuoksen muodostamiseksi stabiloi liuottimen nestefaasissa ja alentaa liuottimen kemiallista potentiaalia siten, että liuotinmolekyyleillä on vähemmän taipumus siirtyä kaasu- tai kiinteisiin faaseihin. Tämän seurauksena nestemäiset liuokset, jotka ovat hieman liuottimen kiehumispisteen yläpuolella tietyssä paineessa, muuttuvat stabiileiksi, mikä tarkoittaa, että kiehumispiste nousee. Samoin nestemäisistä liuoksista, jotka ovat hieman liuottimen jäätymispisteen alapuolella, tulee vakaa, mikä tarkoittaa, että jäätymispiste laskee. Sekä kiehumispisteen korkeus että jäätymispisteen aleneminen ovat verrannollisia höyrynpaineen alenemiseen laimennetussa liuoksessa. Kiehumispisteen nousu (kuten höyrynpaineen alentaminen) on kollektiivinen haihtumattomille liuenneille aineille, joissa liuenneen aineen läsnäolo kaasufaasissa on vähäinen. Jäätymispisteen aleneminen on kolligatiivista useimmille liuenneille aineille, koska vain harvat liuenneet aineet liukenevat tuntuvasti kiinteisiin liuottimiin.

Kiehumispisteen korkeus (ebullioskopia) Muokkaa

Nesteen kiehumispiste tietyssä ulkoisessa paineessa on lämpötila (Tb {\ displaystyle T _ {\ rm {b}}}), jossa nesteen höyrynpaine on yhtä suuri kuin ulkoinen paine. Normaali kiehumispiste on kiehumispiste paineessa, joka on yhtä suuri kuin 1 atm.

Puhtaan liuottimen kiehumispistettä lisätään lisäämällä haihtumatonta liuotinta, ja korkeus voidaan mitata ebullioskopialla. . On havaittu, että

Δ T b = T b (liuos) – T b (liuotin) = i ⋅ K b ⋅ m {\ displaystyle \ Delta T _ {\ rm {b}} = T _ {\ rm {b }} (ratkaisu) -T _ {\ rm {b}} (puhdas \ liuotin) = i \ cdot K_ {b} \ cdot m}

Tässä olen van ”t Hoff -kerroin kuten yllä, Kb on ebullioskooppinen liuottimen vakio (yhtä kuin 0,512 ° C kg / mol vedelle) ja m on liuoksen molaalisuus.

Kiehumispiste on lämpötila, jossa neste- ja kaasufaasien välillä on tasapaino. Kiehumispisteessä nesteeksi kondensoituvien kaasumolekyylien lukumäärä on yhtä suuri kuin kaasuun haihtuvien nestemolekyylien lukumäärä. Liuottimen lisääminen laimentaa nestemolekyylien pitoisuuden ja vähentää haihtumisnopeutta. Tämän kompensoimiseksi ja tasapainon saavuttamiseksi, kiehumispiste tapahtuu korkeammassa lämpötilassa.

Jos liuoksen oletetaan olevan ihanteellinen ratkaisu, Kb voidaan arvioida nesteen ja höyryn tasapainon termodynaamisesta olosuhteesta. Kiehumispisteessä kemiallinen potentiaali μA liuottimen liuos faasissa vastaa kemiallista potentiaalia puhtaassa höyryfaasissa liuoksen yläpuolella.

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

Jäätymispisteen masennus (kryoskopia) Muokkaa

Jäätymispiste (T Puhtaan liuottimen f {\ displaystyle T _ {\ rm {f}}}) lasketaan lisäämällä kiinteään liuottimeen liukenematonta liuotinta, ja tämän eron mittaamista kutsutaan kryoskopiaksi. Todetaan, että

Δ T f = T f (ratkaisu) – T f (liuotin) = – i ⋅ K f ⋅ m {\ displaystyle \ Delta T _ {\ rm {f}} = T _ {\ rm { f}} (ratkaisu) -T _ {\ rm {f}} (puhdas \ liuotin) = – i \ cdot K_ {f} \ cdot m} (Voidaan kirjoittaa myös muodossa Δ T f = T f (liuotin) – T f (ratkaisu) = i ⋅ K f ⋅ m {\ displaystyle \ Delta T _ {\ rm {f}} = T _ {\ rm {f}} (puhdas \ liuotin) -T _ {\ rm {f}} (ratkaisu) = i \ cdot K_ {f} \ cdot m})

Tässä Kf on kryoskooppivakio (sama kuin 1,86 ° C kg / mol veden jäätymispisteessä), i on van ”t Hoff -kerroin ja m molaalisuus.

Nestemäisessä liuoksessa liuotin laimennetaan lisäämällä liuotinta, jotta jäädytettävissä on vähemmän molekyylejä. Tasapainon palautuminen saavutetaan alemmassa lämpötilassa, jossa nopeus jäätymisnopeudesta tulee yhtä suuri kuin nesteytymisnopeus. Alemmassa jäätymispisteessä nesteen höyrynpaine on yhtä suuri kuin vastaavan kiinteän aineen höyrynpaine, ja kahden faasin kemialliset mahdollisuudet ovat samoin. Kemiallisten potentiaalien tasa-arvo mahdollistaa kryoskooppisen vakion arvioinnin muodossa K f = RMT f 2 / Δ H fus {\ displaystyle K_ {f} = RMT_ {f} ^ {2} / \ Delta H _ {\ mathrm {fus}} }, jossa ΔHfus on fuusion liuotinmolaarinen entalpia.