Proprietà colligative

Laggiunta di soluto per formare una soluzione stabilizza il solvente nella fase liquida e abbassa il potenziale chimico del solvente in modo che le molecole di solvente abbiano meno tendenza a spostarsi nelle fasi gassose o solide. Di conseguenza, le soluzioni liquide leggermente al di sopra del punto di ebollizione del solvente a una data pressione diventano stabili, il che significa che il punto di ebollizione aumenta. Allo stesso modo, le soluzioni liquide leggermente al di sotto del punto di congelamento del solvente diventano stabili, il che significa che il punto di congelamento diminuisce. Sia lelevazione del punto di ebollizione che la depressione del punto di congelamento sono proporzionali allabbassamento della tensione di vapore in una soluzione diluita.

Queste proprietà sono colligative nei sistemi in cui il soluto è essenzialmente confinato alla fase liquida. Lelevazione del punto di ebollizione (come labbassamento della pressione del vapore) è colligativa per i soluti non volatili in cui la presenza di soluto nella fase gassosa è trascurabile. La depressione del punto di congelamento è colligativa per la maggior parte dei soluti poiché pochissimi soluti si dissolvono in modo apprezzabile in solventi solidi.

Elevazione del punto di ebollizione (ebullioscopia) Modifica

Il punto di ebollizione di un liquido a una data pressione esterna è la temperatura (T b {\ displaystyle T _ {\ rm {b}}}) alla quale la tensione di vapore del liquido è uguale alla pressione esterna. Il punto di ebollizione normale è il punto di ebollizione a una pressione pari a 1 atm.

Il punto di ebollizione di un solvente puro viene aumentato mediante laggiunta di un soluto non volatile e lelevazione può essere misurata mediante ebullioscopia . Si è scoperto che

Δ T b = T b (soluzione) – T b (puresolvente) = i ⋅ K b ⋅ m {\ displaystyle \ Delta T _ {\ rm {b}} = T _ {\ rm {b }} (soluzione) -T _ {\ rm {b}} (puro \ solvente) = i \ cdot K_ {b} \ cdot m}

Qui i è il fattore van “t Hoff come sopra, Kb è lebullioscopico costante del solvente (pari a 0,512 ° C kg / mol per lacqua), ed m è la molalità della soluzione.

Il punto di ebollizione è la temperatura alla quale si ha equilibrio tra le fasi liquida e gassosa. Al punto di ebollizione, il numero di molecole di gas che condensano in liquido è uguale al numero di molecole di liquido che evaporano in gas. Laggiunta di un soluto diluisce la concentrazione delle molecole di liquido e riduce la velocità di evaporazione. Per compensare questo e ristabilire lequilibrio, il punto di ebollizione si verifica ad una temperatura più alta.

Se si assume che la soluzione sia una soluzione ideale, Kb può essere valutato dalla condizione termodinamica per lequilibrio liquido-vapore. Al punto di ebollizione il potenziale chimico μA del solvente nella fase di soluzione è uguale al potenziale chimico nella fase di vapore puro sopra la soluzione.

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)},

Abbassamento del punto di congelamento (crioscopia) Modifica

Il punto di congelamento (T f {\ displaystyle T _ {\ rm {f}}}) di un solvente puro viene abbassato dallaggiunta di un soluto insolubile nel solvente solido e la misurazione di questa differenza è chiamata crioscopia. Si è scoperto che

Δ T f = T f (soluzione) – T f (puresolvent) = – i ⋅ K f ⋅ m {\ displaystyle \ Delta T _ {\ rm {f}} = T _ {\ rm { f}} (soluzione) -T _ {\ rm {f}} (puro \ solvente) = – i \ cdot K_ {f} \ cdot m} (Può anche essere scritto come Δ T f = T f (puresolvente) – T f (soluzione) = i ⋅ K f ⋅ m {\ displaystyle \ Delta T _ {\ rm {f}} = T _ {\ rm {f}} (puro \ solvente) -T _ {\ rm {f}} (soluzione) = i \ cdot K_ {f} \ cdot m})

Qui Kf è la costante crioscopica (pari a 1,86 ° C kg / mol per il punto di congelamento dellacqua), i è il fattore van “t Hoff e m la molalità.

Nella soluzione liquida, il solvente viene diluito mediante laggiunta di un soluto, in modo che siano disponibili meno molecole da congelare. Il ristabilimento dellequilibrio si ottiene ad una temperatura inferiore alla quale la velocità di congelamento diventa uguale alla velocità di liquefazione. Al punto di congelamento inferiore, la tensione di vapore del liquido è uguale alla tensione di vapore del solido corrispondente, e i potenziali chimici delle due fasi ar E anche uguale. Luguaglianza dei potenziali chimici consente la valutazione della costante crioscopica come K f = RMT f 2 / Δ H fus {\ displaystyle K_ {f} = RMT_ {f} ^ {2} / \ Delta H _ {\ mathrm {fus}} }, dove ΔHfus è lentalpia molare del solvente di fusione.