4. Понижение давления насыщенного пара. Закон Рауля.

В результате естественного процесса испарения над жидкостью образуется пар, давление которого можно измерить с помощью манометра. Процесс испарения идет с поглощением тепла (эндотермический). Он является обратимым, то есть одновременно с ним протекает экзотермический процесс конденсации. При определенных условиях между этими процессами устанавливается равновесие:

Жидкость Пар, ∆Н .

Пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным.

Если измерить давление насыщенного пара над растворителем (p ) и над раствором (p), то окажется, что давление пара над чистым растворителем больше, чем давление пара над раствором.

p

Чистый Раствор

растворитель

Разница в давлениях объясняется тем, что часть поверхности раствора занята молекулами растворенного вещества и испарение с такой поверхности затруднено (одна из причин).

Величина p - p = Δp называется понижением давления пара раствора.

Величина - относительным понижением давления пара раствора.

Первый закон Рауля (одна из формулировок):

Относительное понижение давления пара раствора прямо пропорционально молярной доле растворенного вещества:

,

где – молярная доля растворенного вещества;

– число молей растворенного вещества;

– число молей растворителя.

5. Замерзание и кипение растворов. Следствие из закона Рауля.

Жидкость замерзает тогда, когда давление пара над ней становится равным атмосферному. Для воды это происходит при 100 . Если же чистую воду и водный раствор (например, сахара) нагреть до 100 то вода закипит, а раствор - нет, так как согласно закону Рауля давление пара над раствором меньше, чем над чистым растворителем.

Чтобы раствор закипел, надо повысить давление пара над ним, то есть нагреть его до более высокой температуры. Следовательно, растворы кипят при более высокой температуре, чем чистый растворитель.

Установлено, что замерзают растворы, наоборот, при температуре более низкой, чем чистый растворитель (этот вывод можно сделать, анализируя диаграмму состояния раствора, приведенную на рис. 2)

Р

Т

Рис.2. Диаграмма состояния раствора.

Следствие из закона Рауля.

Повышение температуры кипения и понижения температуры замерзания прямо пропорционально моляльной концентрации раствора m:

(1)

где - (2)

– моляльная концентрация растворенного вещества,

Е – эбулиоскопическая константа, К – криоскопическая константа.

Если = 1 моль/1000 г р-ля,

Эбулиоскопическая константа показывает, на сколько градусов выше, чем чистый растворитель, кипит одномоляльный раствор неэлектролита.

Если = 1 моль/1000 г р-ля,

Криоскопическая константа показывает, на сколько градусов ниже, чем чистый растворитель, замерзает одномоляльный раствор неэлектролита.

E и K зависят от природы растворителя, но не зависят от природы растворенного вещества

.

Подставим формулу (2) для моляльной концентрации в формулу (1) ⇒

Определение молекулярной массы растворенного вещества по повышению температуры кипения раствора называется эбулиоскопией.

Определение молекулярной массы растворенного вещества по понижению температуры замерзания раствора называется криоскопией.

Задача 2. В радиатор автомобиля налили 8 л воды и 2 л этилового спирта ( При какой наинизшей температуре можно после этого оставлять автомобиль на открытом воздухе?

Решение.

(см. зад.1).

Вода замерзает при 0 температура, при которой замерзнет раствор спирта, составит 0 – 8,09 = -8,09