Використання законів Вант-Гоффа та Рауля до розчинів електролітів

Дослідження осмотичного тиску, температур кипіння та замерзання розчинів електролітів свідчать, що ці розчини не підлягають законам Вант-Гоффа та Рауля. Експериментально отримані значення , , для розчинів електролітів завжди були більші значень, розрахованих за формулами Вант-Гоффа та Рауля. Причиною цього є зростання загальної кількості частинок у розчині внаслідок електролітичної дисоціації молекул солей, основ та кислот.

Властивості розчинів (осмотичний тиск, температура кипіння та замерзання) кількісно залежать тільки від кількості частинок розчиненої речовини і не залежать від їх природи.

Наприклад, у розбавленому розчині кожна молекула дисоціює на два іони:

,

отже, число частинок у цьому розчині в два рази більше, ніж число розчинених молекул. Для того, щоб закони Вант-Гоффа і Рауля можливо було використати для розбавлених розчинів електролітів, значення концентрації розчиненої речовини потрібно помножити на коефіцієнт . Цей коефіцієнт має назву ізотонічного або коефіцієнта Вант-Гоффа.

Тоді формули будуть мати наступний вигляд:

, , .

Для розчинів неелектролітів ізотонічний коефіцієнт .

Ізотонічний коефіцієнт дорівнює відношенню загального числа часток у розчині до числа розчинених молекул :

.

Ізотонічний коефіцієнт певним образом пов’язаний зі ступінню дисоціації електроліта :

,

де - число молекул, які розпалися на іони; - число розчинених молекул.

Тоді

,

де - кількість іонів, на які розпадається одна молекула електроліта:

;

;

.

Для сильних електролітів у розбавлених розчинах , тому що всі молекули розпадаються на іони.

В більш концентрованих розчинах іони взаємодіють між собою, що призводить до результатів, котрі спостерігались би при неповній дисоціації електролітів. У зв’язку з цим ввели величину – уявна ступінь дисоціації електролітів. Ця величина така ж, як ступінь дисоціації слабкого електроліта, позначається літерою і входить у ті ж рівняння та формули.

Приклад 1. Розчин, який містить 1,06 г у 400 г води, замерзає при температурі – 0,13°С. Визначити уявну ступінь дисоціації солі, .

Розв’язування. - сіль, отже це сильний електроліт. Тому для розв’язання задачі потрібно вкористати другий закон Рауля у такій формі:

;

;

г/моль; ;

.

Значення ізотонічного коефіцієнта використовуємо для розрахунку ступіня електролітичної дисоціації. Дисоціація карбонату натрію проходить з утворенням трьох іонів з однієї молекули:

;

.

Уявна ступінь дисоціації  дорівнює 0,9, тобто 90%.

Приклад 2. Уявна ступінь дисоціації в 0,1 н. розчині дорівнює 0,8.

Яким буде осмотичний тиск цього розчину при 17С?

Розв’язування. Хлорид калію – сіль, отже сильний електроліт, при дисоціації однієї молекули утворюється два іони:

.

Обчислюємо ізотонічний коефіцієнт:

;

.

Тоді осмотичний тиск за законом Вант-Гоффа буде:

.

Для солі маса еквівалента дорівнює масі 1 моля, тому

моль/л;

кПа.

Задачі для самостійного розв’язування

1. Скільки грамів глюкози повинно знаходитись у 0,5 л розчину, щоб його осмотичний тиск (при тій же температурі) був таким, як і розчину, в 1 л якого міститься 0,2 г гліцерину ?

Відповідь: 9,0 г.

2. При 25˚С осмотичний тиск розчину, що містить 2,80 г високомолекулярної сполуки в 200 мл розчину, дорівнює 0,70 кПа. Знайти молекулярну масу розчиненої речовини.

Відповідь: 4,9510⁴ а.о.м.

3. Скільки грамів сахарози необхідно розчинити в 100 г води, щоб:

а) знизити температуру замерзання розчину на 1С?

б) підвищити температуру кипіння розчину на 1С?

Відповідь: а) 18,4 г; б) 65,8 г.

4. Розчин, що містить 2,1 г KOH у 250 г води, замерзає при -0,519С. Знайти ізотонічний коефіцієнт для цього розчину.

Відповідь: 1,86.

5. В рівних кількостях води розчинено в одному випадку 0,5 моль цукру, а в іншому –0,2 моль CaCl₂. Температура замерзання цих розчинів однакова. Визначити уявну ступінь дисоціації CaCl₂.

Відповідь: 0,75.

Упорядники:

Єгоров Павло Олексійович

Ольга Борисівна Нетяга

Ольга Іванівна Темченко

Інна Геннадіївна Романова

Методичні вказівки до ров’язування задач на тему:

"Розчини" з дисципліни "Хімія"

для студентів усіх спеціальностей