Kolligativa egenskaper
Tillsats av löst ämne för att bilda en lösning stabiliserar lösningsmedlet i vätskefasen och sänker lösningsmedlets kemiska potential så att lösningsmedelsmolekyler har mindre tendens att flytta till gas- eller fasta faser. Som ett resultat blir flytande lösningar något över lösningsmedlets kokpunkt vid ett givet tryck stabilt, vilket innebär att kokpunkten ökar. På samma sätt blir flytande lösningar något under lösningsmedlets fryspunkt stabila, vilket innebär att fryspunkten minskar. Både kokpunktens höjd och fryspunktens nedgång är proportionell mot sänkning av ångtrycket i en utspädd lösning.
Dessa egenskaper är kolligativa i system där det lösta ämnet huvudsakligen är begränsat till vätskefasen. Kokpunktens höjd (som ångtryckssänkning) är kolligativ för icke-flyktiga lösta ämnen där den lösta lösningen i gasfasen är försumbar. Fryspunktsdepression är kolligativ för de flesta lösta ämnen eftersom mycket få lösta ämnen löses märkbart i fasta lösningsmedel.
Kokpunkthöjd (ebullioskopi) Redigera
En vätskas kokpunkt vid ett givet yttre tryck är temperaturen (Tb {\ displaystyle T _ {\ rm {b}}}) vid vilken vätskans ångtryck är lika med det yttre trycket. Den normala kokpunkten är kokpunkten vid ett tryck lika med 1 atm.
Kokpunkten för ett rent lösningsmedel ökas genom tillsats av ett icke-flyktigt löst ämne, och höjden kan mätas med ebullioskopi . Det konstateras att
Δ Tb = Tb (lösning) – Tb (puresolvent) = i ⋅ K b ⋅ m {\ displaystyle \ Delta T _ {\ rm {b}} = T _ {\ rm {b }} (lösning) -T _ {\ rm {b}} (ren \ lösningsmedel) = i \ cdot K_ {b} \ cdot m}
Här är jag van-t Hoff-faktorn som ovan, Kb är ebullioskopisk lösningsmedlets konstant (lika med 0,512 ° C kg / mol för vatten) och m är lösningens molalitet.
Kokpunkten är den temperatur vid vilken det finns jämvikt mellan vätske- och gasfaser. Vid kokpunkten är antalet gasmolekyler som kondenserar till vätska lika med antalet flytande molekyler som avdunstar till gas. Tillsats av ett löst ämne spädar ut koncentrationen av vätskeformiga molekyler och minskar avdunstningshastigheten. För att kompensera för detta och återuppnå jämvikt kokpunkten uppträder vid en högre temperatur.
Om lösningen antas vara en idealisk lösning kan Kb utvärderas utifrån det termodynamiska tillståndet för vätskeångajämvikt. Vid kokpunkten kan den kemiska potentialen μA av lösningsmedlet i lösningsfasen är lika med den kemiska potentialen i den rena ångfasen ovanför lösningen.
μ A (Tb) = μ A ⋆ (Tb) + 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)},
Fryspunktsdepression (kryoskopi) Redigera
Fryspunkten (T f {\ displaystyle T _ {\ rm {f}}}) av ett rent lösningsmedel sänks genom tillsats av ett lösningsmedel som är olösligt i det fasta lösningsmedlet, och mätningen av denna skillnad kallas kryoskopi. Det konstateras att
Δ T f = T f (lösning) – T f (puresolvent) = – i ⋅ K f ⋅ m {\ displaystyle \ Delta T _ {\ rm {f}} = T _ {\ rm { f}} (lösning) -T _ {\ rm {f}} (ren \ lösningsmedel) = – i \ cdot K_ {f} \ cdot m} (Kan också skrivas som Δ T f = T f (puresolvent) – T f (lösning) = i ⋅ K f ⋅ m {\ displaystyle \ Delta T _ {\ rm {f}} = T _ {\ rm {f}} (ren \ lösningsmedel) -T _ {\ rm {f}} (lösning) = i \ cdot K_ {f} \ cdot m})
Här är Kf den kryoskopiska konstanten (lika med 1,86 ° C kg / mol för fryspunkten för vatten), i är van-t Hoff-faktorn och m molaliteten.
I den flytande lösningen späds lösningsmedlet ut genom tillsats av ett löst ämne så att färre molekyler är tillgängliga för frysning. Återupprättande av jämvikt uppnås vid en lägre temperatur vid vilken hastigheten frysningen blir lika med hastigheten för flytande. Vid den nedre fryspunkten är vätskans ångtryck lika med ångtrycket för motsvarande fasta ämne, och de kemiska potentialerna i de två faserna är också lika. Jämförelsen av kemiska potentialer möjliggör utvärdering av den kryoskopiska konstanten som Kf = RMT f 2 / Δ H fus {\ displaystyle K_ {f} = RMT_ {f} ^ {2} / \ Delta H _ {\ mathrm {fus}} }, där ΔHfus är lösningsmedlets molära entalpi av fusion.