Понижение температуры замерзания растворов нелетучих веществ

Температура замерзания раствора ( ), содержащего нелетучее растворенное вещество, всегда ниже температуры замерзания чистого растворителя ( ):

. (4.25)

Понижение температуры замерзания идеальных и предельно разбавленных растворов неэлектролитов пропорционально их концентрации:

, (4.26)

где – понижение температуры замерзания (разность между температурами замерзания чистого растворителя и раствора ); К – криоскопическая постоянная; m – концентрация раствора, выраженная через моляльность.

Криоскопическая постоянная называется также молярным понижением температуры замерзания и показывает, насколько понижается температура замерзания в результате растворения одного моль нелетучего растворенного вещества в 1000 г растворителя. Криоскопическая постоянная зависит только от свойств растворителя и не зависит от свойств растворенного вещества:

, (4.27)

где R – универсальная газовая постоянная; – температура замерзания чистого растворителя; M₁ – молярная масса чистого растворителя; – теплота плавления чистого растворителя.

Каждый растворитель имеет свою криоскопическую постоянную.

Таблица 4.2

Криоскопические постоянные некоторых жидкостей

Жидкость	К
Вода Бензол Уксусная кислота Фенол Нафталин	1,86 5,12 3,81 6,81 7,14

Уравнения (4.26 и 4.27) позволяют определить молярную массу растворенного вещества:

, (4.28)

где М₂ – молярная масса растворенного вещества; К – криоскопическая постоянная; g₁ – масса растворителя; g₂ – масса растворенного вещества, – понижение температуры замерзания.

Пример 4.7. Техническая уксусная кислота замерзает при 16,4°С. Температура замерзания чистой уксусной кислоты 16,7°С, ее криоскопическая постоянная равна 3,9. Определите моляльную концентрацию примесей в технической уксусной кислоте.

Решение:

Осмотическое давление раствора

Осмос – это самопроизвольное проникновение растворителя в раствор, отделенный от него полупроницаемой перегородкой, через которую может поступать растворитель, но не может проходить растворенное вещество. Количественной характеристикой осмоса является осмотическое давление.

Осмотическое давление – это избыточное давление, которое нужно приложить к раствору, чтобы прекратился осмос, и в системе установилось равновесие.

Осмотическое давление раствора пропорционально его концентрации и температуре и не зависит ни от природы растворенного вещества, ни от природы растворителя. Величина осмотического давления определяется по уравнению Вант-Гоффа:

, (4.29)

где π – осмотическое давление раствора; С – молярная концентрация раствора; R – универсальная газовая постоянная; Т – температура раствора.

Уравнение справедливо для идеальных и предельно разбавленных растворов неэлектролитов.

Уравнение Вант-Гоффа позволяет определить молярную массу растворенного вещества:

, (4.30)

где М₂ – молярная масса растворенного вещества; g₁, ρ₁– масса и плотность растворителя; g₂ – масса растворенного вещества, π – осмотическое давление раствора.

Пример 4.8. Плазма человеческой крови замерзает при –56°С. Вычислите ее осмотическое давление при 37°С, измеренное при помощи мембраны, проницаемой только для воды.

Решение:

1. Рассчитаем молярную концентрацию плазмы по уравнению (примем, что молярная концентрация близка к моляльной):

2. Рассчитаем осмотическое давление плазмы крови:

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите способы выражения концентрации растворов.

2. Какие типы растворов Вы знаете, в чем отличие растворов одного типа от другого?

3. Что представляют собой парциальные молярные величины, каким образом их можно рассчитать?

4. Каким образом можно рассчитать давление насыщенного пара над раствором?

5. Каким образом рассчитывается понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения раствора?