I семестр. Коллигативные свойства растворов

I семестр. Коллигативные свойства растворов

Некоторые физические свойства разбавленных растворов зависят от числа растворённых частиц в растворе, а не от химического состава. Поскольку такие свойства обусловлены коллективным влиянием растворённых частиц, то их принято называть коллигативными – от латинского colligatus, что означает собирать. К числу коллигативных свойств относится понижение давления паров над раствором, повышение температуры кипения растворов, уменьшение температуры их замерзания и, наконец, осмотическое давление. Рассмотрим эти свойства.

Кипение и замерзание растворов

Вместе с понижением давления пара изменяются также температуры кипения и замерзания растворов. Растворы кипят при более высокой температуре, а замерзают при более низкой, по сравнению с соответствующими растворителями.

Известно, что при кипении давление пара жидкости становится равным внешнему давлению. Очевидно, поэтому, из-за понижения давления пара раствора последний должен быть нагрет до более высокой температуры, чем растворитель, чтобы давление его пара достигло внешнего давления и раствор мог закипеть. См. рис. ПЕТР. Стр.195, рис. 47

РИСУНОК

На диаграмме приведена взаимосвязь между упомянутыми величинами применительно к воде и её растворам. Точка А диаграммы отвечает давлению пара воды и льда при 0⁰С, кривая АВ – изменению давления пара воды в интервале от 0 до 100⁰С, отрезок АС – изменению давления пара льда при понижении температуры ниже нуля, а кривая А₁В₁ – изменению давления пара раствора от температуры замерзания до температуры кипения. При каждой данной температуре давление пара раствора меньше давления пара растворителя, поэтому все точки кривой А₁В₁ располагаются ниже соответствующих точек кривой АВ. Диаграмма наглядно показывает, что давление пара раствора при 100⁰С продолжает оставаться меньше внешнего атмосферного давления (точка D), поэтому раствор не закипает. Давление достигает атмосферного лишь в точке В₁, т.е. при некоторой более высокой температуре (100 + ∆ t _кип)⁰С, которая и является температурой кипения раствора. Из диаграммы видно, что для выделения кристаллов льда из раствора последний должен быть охлаждён до некоторой температуры ∆ t _зам, лежащей ниже температуры замерзания воды. Тогда раствор и лёд имеют одинаковое давление пара и, следовательно, могут находиться в равновесии друг с другом (точка А). Таким образом, пределы жидкого состояния раствора расширены по сравнению с чистым растворителем на число градусов, равное сумме повышения температуры кипения ∆ t _кип и понижения его температуры замерзания ∆ t _зам.

Значения величин ∆ t _кип и ∆ t _зам пропорциональны моляльности раствора. (напомним, что моляльность – это число молей растворённого вещества в 1000 г растворителя).

∆ t _зам = Кm

∆ t _кип = Em.

Эти соотношения в учебной литературе часто называют вторым законом Рауля, который формулируется так:

Повышение температуры кипения ∆ t _кип или понижение температуры замерзания (кристаллизации) ∆t_зам растворов по сравнению с чистым растворителем прямо пропорционально моляльности раствора