Propriétés colligatives
Lajout de soluté pour former une solution stabilise le solvant en phase liquide et abaisse le potentiel chimique du solvant de sorte que les molécules de solvant ont moins tendance à se déplacer vers les phases gazeuse ou solide. En conséquence, les solutions liquides légèrement au-dessus du point débullition du solvant à une pression donnée deviennent stables, ce qui signifie que le point débullition augmente. De même, les solutions liquides légèrement en dessous du point de congélation du solvant deviennent stables, ce qui signifie que le point de congélation diminue. Lélévation du point débullition et la dépression du point de congélation sont proportionnelles à labaissement de la pression de vapeur dans une solution diluée.
Ces propriétés sont colligatives dans les systèmes où le soluté est essentiellement confiné à la phase liquide. Lélévation du point débullition (comme labaissement de la pression de vapeur) est colligative pour les solutés non volatils où la présence de soluté dans la phase gazeuse est négligeable. La dépression du point de congélation est colligative pour la plupart des solutés puisque très peu de solutés se dissolvent sensiblement dans les solvants solides.
Élévation du point débullioscopie (ébullioscopie) Modifier
Le point débullition dun liquide à une pression externe donnée est la température (T b {\ displaystyle T _ {\ rm {b}}}) à laquelle la pression de vapeur du liquide est égale à la pression externe. Le point débullition normal est le point débullition à une pression égale à 1 atm.
Le point débullition dun solvant pur est augmenté par lajout dun soluté non volatil, et lélévation peut être mesurée par ébullioscopie . On constate que
Δ T b = T b (solution) – T b (purésolvant) = i ⋅ K b ⋅ m {\ displaystyle \ Delta T _ {\ rm {b}} = T _ {\ rm {b }} (solution) -T _ {\ rm {b}} (pure \ solvant) = i \ cdot K_ {b} \ cdot m}
Ici, i est le facteur van « t Hoff comme ci-dessus, Kb est le facteur ebullioscopique constante du solvant (égale à 0,512 ° C kg / mol pour leau), et m est la molalité de la solution.
Le point débullition est la température à laquelle il y a équilibre entre les phases liquide et gazeuse. Au point débullition, le nombre de molécules de gaz se condensant en liquide est égal au nombre de molécules de liquide sévaporant en gaz. Lajout dun soluté dilue la concentration des molécules de liquide et réduit la vitesse dévaporation. Pour compenser cela et retrouver léquilibre, le point débullition se produit à une température plus élevée.
Si la solution est supposée être une solution idéale, Kb peut être évalué à partir de la condition thermodynamique pour léquilibre liquide-vapeur. Au point débullition, le potentiel chimique μA du solvant dans la phase solution est égal au potentiel chimique dans la phase vapeur pure au-dessus de la solution.
μ A (T b) = μ A ⋆ (T b) + RT ln x A = μ A ⋆ (g , 1 atm) {\ displaystyle \ mu _ {A} (T_ {b}) = \ mu _ {A} ^ {\ star} (T_ {b}) + RT \ ln x_ {A} \ = \ mu _ {A} ^ {\ star} (g, 1atm)},
Dépression du point de congélation (cryoscopie) Modifier
Le point de congélation (T f {\ displaystyle T _ {\ rm {f}}}) dun solvant pur est abaissé par lajout dun soluté insoluble dans le solvant solide, et la mesure de cette différence est appelée cryoscopie. On constate que
Δ T f = T f (solution) – T f (purésolvant) = – i ⋅ K f ⋅ m {\ displaystyle \ Delta T _ {\ rm {f}} = T _ {\ rm { f}} (solution) -T _ {\ rm {f}} (pur \ solvant) = – i \ cdot K_ {f} \ cdot m} (peut aussi sécrire Δ T f = T f (purésolvant) – T f (solution) = i ⋅ K f ⋅ m {\ Displaystyle \ Delta T _ {\ rm {f}} = T _ {\ rm {f}} (pur \ solvant) -T _ {\ rm {f}} (solution) = i \ cdot K_ {f} \ cdot m})
Ici Kf est la constante cryoscopique (égale à 1,86 ° C kg / mol pour le point de congélation de leau), i est le facteur van « t Hoff, et m la molalité.
Dans la solution liquide, le solvant est dilué par lajout dun soluté, de sorte que moins de molécules sont disponibles pour geler. Le rétablissement de léquilibre est réalisé à une température plus basse à laquelle la vitesse de congélation devient égale à la vitesse de liquéfaction.Au point de congélation inférieur, la pression de vapeur du liquide est égale à la pression de vapeur du solide correspondant, et les potentiels chimiques des deux phases ar e égal aussi. Légalité des potentiels chimiques permet dévaluer la constante cryoscopique comme K f = RMT f 2 / Δ H fus {\ displaystyle K_ {f} = RMT_ {f} ^ {2} / \ Delta H _ {\ mathrm {fus}} }, où ΔHfus est lenthalpie molaire du solvant de fusion.