Kolligasjonsegenskaper

Tilsetning av løsemiddel for å danne en løsning stabiliserer løsningsmidlet i væskefasen, og senker det kjemiske potensialet for løsemidlet slik at løsemiddelmolekyler har mindre tendens til å bevege seg til gass- eller faste faser. Som et resultat blir væskeoppløsninger litt over oppløsningsmiddelets kokepunkt ved et gitt trykk stabilt, noe som betyr at kokepunktet øker. Tilsvarende blir væskeoppløsninger litt under løsningsmiddelets frysepunkt stabile, noe som betyr at frysepunktet avtar. Både kokepunktet og frysepunktsdempingen er proporsjonal med senkingen av damptrykket i en fortynnet løsning.

Disse egenskapene er kolligative i systemer hvor det oppløste stoffet i det vesentlige er begrenset til væskefasen. Kokepunktforhøyning (som senking av damptrykk) er kolligativ for ikke-flyktige oppløste stoffer hvor tilstedeværelsen av oppløst stoff i gassfasen er ubetydelig. Frysepunktsdepresjon er kolligativ for de fleste oppløste stoffer, siden svært få oppløste stoffer løses merkbart i faste løsningsmidler.

Kokepunktforhøyning (ebullioskopi) Rediger

Væskens kokepunkt ved et gitt eksternt trykk er temperaturen (Tb {\ displaystyle T _ {\ rm {b}}}) der væskens damptrykk er lik det ytre trykket. Det normale kokepunktet er kokepunktet ved et trykk lik 1 atm.

Kokepunktet til et rent løsningsmiddel økes ved tilsetning av et ikke-flyktig løsemiddel, og høyden kan måles ved ebullioskopi . Det er funnet at

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

Her er jeg van-t Hoff-faktoren som ovenfor, Kb er ebullioskopisk løsningsmidlets konstant (lik 0,512 ° C kg / mol for vann), og m er molaliteten til løsningen.

Kokepunktet er temperaturen der det er likevekt mellom væske- og gassfasene. Ved kokepunktet tilsvarer antall gassmolekyler som kondenserer til væske, antall flytende molekyler som fordamper til gass. Tilsetning av et løst stoff fortynner konsentrasjonen av væskemolekylene og reduserer fordampningshastigheten. kokepunktet oppstår ved en høyere temperatur.

Hvis løsningen antas å være en ideell løsning, kan Kb vurderes ut fra den termodynamiske tilstanden for væske-damp-likevekt. Ved kokepunktet kan det kjemiske potensialet μA av løsningsmidlet i løsningsfasen er lik det kjemiske potensialet i den rene dampfasen over løsningen.

μ A (Tb) = 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)},

Deponering av frysepunkt (kryoskopi) Rediger

Frysepunktet (T f {\ displaystyle T _ {\ rm {f}}}) av et rent løsemiddel senkes ved tilsetning av et løsemiddel som er uoppløselig i det faste løsningsmidlet, og måling av denne forskjellen kalles kryoskopi. Det er funnet at

Δ T f = T f (løsning) – T f (puresolvent) = – i ⋅ K f ⋅ m {\ displaystyle \ Delta T _ {\ rm {f}} = T _ {\ rm { f}} (løsning) -T _ {\ rm {f}} (ren \ løsningsmiddel) = – 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 \ løsemiddel) -T _ {\ rm {f}} (løsning) = i \ cdot K_ {f} \ cdot m})

Her er Kf den kryoskopiske konstanten (lik 1,86 ° C kg / mol for vannets frysepunkt), i er van-t Hoff-faktoren, og m molaliteten.

I den flytende løsningen fortynnes løsningsmidlet ved tilsetning av et løst stoff, slik at færre molekyler er tilgjengelige for å fryse. Gjenopprettelse av likevekt oppnås ved en lavere temperatur ved hvilken hastigheten ved frysing blir lik flytende hastighet. Ved det lavere frysepunktet er damptrykket til væsken lik damptrykket til det tilsvarende faste stoffet, og de kjemiske potensialene til de to fasene er e lik også. Likestillingen mellom kjemiske potensialer tillater evaluering av den kryoskopiske konstanten som K f = RMT f 2 / Δ H fus {\ displaystyle K_ {f} = RMT_ {f} ^ {2} / \ Delta H _ {\ mathrm {fus}} }, hvor ΔHfus er løsningsmidlet molær entalpi av fusjon.