5.2. Физико-химические свойства разбавленных растворов неэлектролитов

Физико-химические свойства разбавленных растворов, такие как осмотическое давление и давление пара растворов, температура кипения и температура кристаллизации растворов, значительно отличаются от тех же свойств растворов более высокой концентрации. В разбавленных растворах относительная доля молекул растворителя, связанного в виде сольватов, невелика; образование таких растворов сопровождается небольшими тепловыми эффектами, поэтому свойства их можно считать весьма мало зависящими от природы растворенного вещества.

Для разбавленных растворов веществ установлены простые аналитические зависимости между соответствующим свойством и концентрацией частиц.

Свойства растворов неэлектролитов

Осмотическое давление, давление пара, изменение температуры замерзания и кипения подчиняются законам Вант-Гоффа и Рауля.

Осмотическое давление раствора неэлектролита определяют согласно закону Вант-Гоффа:

,

где n – количество растворенного вещества, моль; V – объем раствора, м³; R – газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль·К); Т – температура, К. Заменив n выражением m/M, где m – масса растворенного вещества, г; M – его молярная масса, г/моль, получим

,

или, исходя из определения молярной концентрации, получим:

.

Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов по сравнению с температурой замерзания и температурой кипения чистого растворителя определяют по II закону Рауля:

Dt_зам. = К_к×С_m ; Dt_кип. =К_э×C_m,

где Dt_зам. и Dt_кип. – соответственно понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения раствора находят по формуле

Dt_зам = Т_{зам. р-ля} – Т_{зам. р-ра} ; Dt_кип= Т_{кип. р-ра} – Т _{кип. р-ля};

К_к и К_э – соответственно криоскопическая и эбулиоскопическая константы растворителя; С_m – моляльная концентрация раствора (моль/кг) может быть найдена по формуле

,

где m₁ – масса растворенного вещества, г; М – его молярная масса, г/моль; m₂ – масса растворителя, г.

Растворы замерзают (из раствора кристаллизуется растворитель) при температуре более низкой, чем чистый растворитель. Если приготовить раствор из 1 000 г растворителя и 1 моля неэлектролита, то числовое значение уменьшения температуры замерзания такого раствора называют молярным понижением температуры кристаллизации данного растворителя (или криоскопической константой) K_K. Криоскопическая константа воды составляет 1,86 С^o, это значит, что растворы, содержащие 1 моль любого неэлектролита в 1 000 г воды начинают замерзать при температуре – 1,86 ^oC.

Растворы кипят при температуре более высокой, чем чистые растворители. Если приготовить раствор из 1 000 г растворителя и 1 моль неэлектролита, то числовое значение увеличения температуры кипения такого раствора называют молярным повышением температуры кипения данного растворителя (или его эбулиоскопической константой) K_Э. Эбулиоскопическая константа воды равна 0,52 К; это значит, что растворы, содержащие 1 моль любого неэлектролита на 1 000 г воды, закипают при 100,52 ^oC.

Определив опытным путем повышение температуры кипения или понижение температуры кристаллизации растворов, концентрации которых нам известны, можно вычислить молярную массу вещества или молекулярную массу вещества (молекулярная масса выражается тем же числом, что и молярная масса, но имеет размерность а.е.м.).

Данные по криоскопическим и эбулиоскопическим константам приведена в табл. 5 приложения.