Kolligative Eigenschaften
Die Zugabe von gelöstem Stoff zur Bildung einer Lösung stabilisiert das Lösungsmittel in der flüssigen Phase und senkt das chemische Potential des Lösungsmittels, so dass Lösungsmittelmoleküle weniger dazu neigen, sich in die Gas- oder Festphase zu bewegen. Infolgedessen werden flüssige Lösungen, die bei einem gegebenen Druck leicht über dem Siedepunkt des Lösungsmittels liegen, stabil, was bedeutet, dass der Siedepunkt ansteigt. In ähnlicher Weise werden flüssige Lösungen, die geringfügig unter dem Gefrierpunkt des Lösungsmittels liegen, stabil, was bedeutet, dass der Gefrierpunkt abnimmt. Sowohl die Siedepunkterhöhung als auch die Gefrierpunkterniedrigung sind proportional zur Absenkung des Dampfdrucks in einer verdünnten Lösung.
Diese Eigenschaften sind in Systemen kolligativ, in denen der gelöste Stoff im Wesentlichen auf die flüssige Phase beschränkt ist. Die Erhöhung des Siedepunkts (wie die Absenkung des Dampfdrucks) ist kolligativ für nichtflüchtige gelöste Stoffe, bei denen das Vorhandensein gelöster Stoffe in der Gasphase vernachlässigbar ist. Die Gefrierpunkterniedrigung ist für die meisten gelösten Stoffe kolligativ, da sich nur sehr wenige gelöste Stoffe in festen Lösungsmitteln merklich lösen.
Siedepunkterhöhung (Ebullioskopie) Bearbeiten
Der Siedepunkt einer Flüssigkeit bei einem gegebenen Außendruck ist die Temperatur (T b {\ Anzeigestil T _ {\ rm {b}}}), bei der der Dampfdruck der Flüssigkeit dem Außendruck entspricht. Der normale Siedepunkt ist der Siedepunkt bei einem Druck von 1 atm.
Der Siedepunkt eines reinen Lösungsmittels wird durch Zugabe eines nichtflüchtigen gelösten Stoffes erhöht, und die Erhöhung kann durch Ebullioskopie gemessen werden . Es wird gefunden, dass
ΔTb = Tb (Lösung) – Tb (Puresolvent) = i · Kb · m {\ Anzeigestil \ Delta T _ {\ rm {b}} = T _ {\ rm {b }} (Lösung) -T _ {\ rm {b}} (reines \ Lösungsmittel) = i \ cdot K_ {b} \ cdot m}
Hier ist i der van „t Hoff-Faktor wie oben, Kb ist der ebullioskopische Konstante des Lösungsmittels (gleich 0,512 ° C kg / mol für Wasser) und m ist die Molalität der Lösung.
Der Siedepunkt ist die Temperatur, bei der ein Gleichgewicht zwischen flüssiger und gasförmiger Phase besteht. Am Siedepunkt entspricht die Anzahl der zu Flüssigkeit kondensierenden Gasmoleküle der Anzahl der zu Gas verdampfenden flüssigen Moleküle. Die Zugabe eines gelösten Stoffes verdünnt die Konzentration der flüssigen Moleküle und verringert die Verdunstungsrate. Um dies auszugleichen und das Gleichgewicht wieder herzustellen, Der Siedepunkt tritt bei einer höheren Temperatur auf. Wenn angenommen wird, dass die Lösung eine ideale Lösung ist, kann Kb anhand der thermodynamischen Bedingungen für das Flüssigkeits-Dampf-Gleichgewicht bewertet werden. Beim Siedepunkt das chemische Potential μA des Lösungsmittels in der Lösungsphase entspricht dem chemischen Potential in der reinen Dampfphase über der Lösung. μA (Tb) = μA (Tb) + RT lnxA = μA (g) , 1 atm) {\ displaystyle \ mu _ {A} (T_ {b}) = \ mu _ {A} ^ {\ star} (T_ {b}) + RT \ ln x_ {A} \ = \ mu _ {A} ^ {\ star} (g, 1 atm)},
Gefrierpunkterniedrigung (Kryoskopie) Bearbeiten
Der Gefrierpunkt (T. f {\ displaystyle T _ {\ rm {f}}}) eines reinen Lösungsmittels wird durch Zugabe eines im festen Lösungsmittel unlöslichen gelösten Stoffes gesenkt, und die Messung dieses Unterschieds wird als Kryoskopie bezeichnet. Es wird gefunden, dass
& Dgr; T f = T f (Lösung) – T f (Puresolvent) = – i ⋅ K f ⋅ m {\ Anzeigestil \ Delta T _ {\ rm {f}} = T _ {\ rm { f}} (Lösung) -T _ {\ rm {f}} (reines \ Lösungsmittel) = – i \ cdot K_ {f} \ cdot m} (Kann auch geschrieben werden als ΔTf = Tf (Reinlösungsmittel) – T. f (Lösung) = i ⋅ K f ⋅ m {\ Anzeigestil \ Delta T _ {\ rm {f}} = T _ {\ rm {f}} (reines \ Lösungsmittel) -T _ {\ rm {f}} (Lösung) = i \ cdot K_ {f} \ cdot m})
Hier ist Kf die kryoskopische Konstante (gleich 1,86 ° C kg / mol für den Gefrierpunkt von Wasser), i ist der van „t Hoff-Faktor und m die Molalität. In der flüssigen Lösung wird das Lösungsmittel durch Zugabe eines gelösten Stoffes verdünnt, so dass weniger Moleküle zum Einfrieren verfügbar sind. Die Wiederherstellung des Gleichgewichts wird bei einer niedrigeren Temperatur erreicht, bei der die Geschwindigkeit beim Gefrieren wird der Dampfdruck der Flüssigkeit gleich dem Dampfdruck des entsprechenden Feststoffs, und die chemischen Potentiale der beiden Phasen sind gleich dem Gefrierpunkt e gleich auch. Die Gleichheit der chemischen Potentiale ermöglicht die Bewertung der Kryokonstantenkonstante als K f = RMT f 2 / Δ H fus {\ Anzeigestil K_ {f} = RMT_ {f} ^ {2} / \ Delta H _ {\ mathrm {fus}} }, wobei ΔHfus die molare Lösungsmittelenthalpie des Lösungsmittels ist.