Дист лекции Кудряшов / Растворы2

Проведем изобару. Точки пересечения изобары с кривыми зависимости давления насыщенного пара от температуры кипения чистого растворителя и раствора.

Так как пар раствора нелетучего вещества содержит лишь чистый растворитель, то в соответствии с законом Рауля давление пара над раствором всегда меньше давления насыщенного пара над чистым растворителем (на рис. ∆р) при этой же температуре. Поэтому температура

постоянная:

Эбулиоскопическая постоянная определяется свойствами растворителя и не зависит от свойств растворенного вещества. Физический смысл эбулиоскопической постоянной:

Повышение температуры кипения, которое наблюдалось бы для одномоляльного раствора.

Значения эбулиоскопической постоянной составляют (в К∙кг/моль):

повышения температуры кипения раствора, называется эбулиоскопическим методом. Его можно применять только тогда, когда растворенное вещество нелетуче, т.е. его давление пара близко к нулю. Кроме того, необходимо, чтобы растворенное вещество не разлагалось при температуре кипения раствора.

Молярная масса растворённого вещества, определённая эбулиоскопическим методом, называется кажущейся. Она может не совпадать с истинной из-за эффектов диссоциации или ассоциации молекул растворённого вещества.

Понижение температуры замерзания растворов

Чистый растворитель или раствор замерзает при такой температуре, при которой давление пара растворителя над чистым жидким растворителем или над раствором будет равно давлению пара растворителя над чистым твердым растворителем. На рис. показаны зависимости давления насыщенного пара от температуры кипения чистого растворителя и раствора: кривые ОВ и О'В' соответственно. Из рис. видно, что температура замерзания

(Для простоты ввели новые обозначения: температура отвердевания чистого компонента - T0, а раствора - T1).

По уравнению Клапейрона-Клаузиуса можно записать:

продифференцировав последнее равенство, получим уравнение Шредера, учитывая, что H субл.1 = Hисп..1 + H пл ,1 :

Проделав те же операции, что и при выводе повышения температуры

пропорциональна моляльной концентрации раствора. Коэффициент пропорциональности K называется криоскопической постоянной.

Физический смысл этой константы:

Формально это понижение температуры замерзания, которое наблюдалась бы для одномоляльного раствора, если бы он обладал бы свойствами идеального.

Отклонения от идеальности начинаются уже при более низких концентрациях. Поэтому K получают из экспериментальных данных по з

Из уравнения следует, что величина криоскопической постоянной определяется только свойствами растворителя и не зависит от природы растворенного вещества. Численные значения K (в К∙кг/моль) для воды – 1,86; бензола – 5,07; камфоры – 48,2.

Метод изучения свойств растворов, основанный на измерении понижения температуры отвердевания, называется криоскопией. С его помощью можно определить молекулярную массу растворенного вещества.

Осмос и осмотическое давление.

Явление осмоса – это тенденция чистого растворителя проникать в раствор, отделенный от него мембраной, проницаемой для растворителя, но непроницаемой для растворенного вещества. Такая мембрана называется полупроницаемой.

Химический потенциал растворителя в чистом растворителе больше, чем его химический потенциал в растворе. Поэтому в системе начнется процесс выравнивания этих потенциалов. Растворитель будет переходить через мембрану в раствор, что приведет к разбавлению раствора. Это явление впервые описал аббат Нолле в 1748 г. и затем через полтора века систематически исследовал немецкий ученый Пфеффер.

В качестве полупроницаемых мембран используют пленки из тканей животного и растительного происхождения, пленки искусственного происхождения: целлофан, пергамент. Для физических опытов наиболее удобны пленки из ферроцианида меди, которую получают путем осаждения на поверхности и в порах пористой керамики с помощью реакции:

2CuSO4 + K4Fe(CN)6 =Cu2Fe(CN)6 + 2K2SO4.

Полученная таким способом мембрана прочно закреплена на керамике и поэтому не механически не разрушается.

Приборы, служащие для измерения осмотического давления называются осмометрами.

Проникновение растворителя в раствор и разбавление раствора можно предотвратить, если к нему приложить давление. Давление, которое необходимо приложить к раствору для предотвращения осмоса, т.е. для приведения системы в равновесие, называется осмотическим давлением π.

Осмотическое давление это избыточное гидростатическое давление, приводящее систему в состояние осмотического равновесия, π=ρgh.

Равновесие будет определяться именно влиянием дополнительного давления столба жидкости. Как уже было отмечено, при равновесии химический потенциал чистого растворителя должен быть равен его

Химический потенциал чистого растворителя в разбавленном растворе

Это осмотическое давление, требуемое для полной остановки потока через мембрану.

Для случая предельно разбавленного раствора:

Полученное выражение показывает, что осмотическое давление подчиняется тем же законам, что и давление идеальных газов и впервые была получена Вант-Гоффом, исходя из аналогии идеального разбавленного раствора и газа.

С помощью измерения осмотического давления можно определить молекулярную массу растворенного вещества.

h

α

G

При разных навесках растворенного вещества G (г/л) измеряют высоту столба жидкости, необходимой для остановки осмоса:

Осмос имеет большое значение для растительных и животных организмов, способствуя достаточному обводнению клеток и межклеточных структур. Возникающее при этом давление обеспечивает тургор тканей, т.е. их упругость. Наличие воды необходимо для нормального течения различных процессов. У клеток или оболочка, или прилегающая к ней плазмалемма обладают свойствами полупроницаемой мембраны.

Если поместить клетки в дистиллированную воду, происходит их набухание, затем разрыв оболочек – лизис. В растворах с высокой концентрацией солей происходит сморщивание клеток из-за потери воды – плазмолиз.

Осмотическое давление крови, лимфы и тканевых жидкостей человека равно 7,6-7,9 атм. при 370С. Однако разность осмотических давлений крови и лимфы, имеющая значение для перехода воды между ними, составляет всего 0,03-0,04 атм. Физиологические растворы должны быть изотоничными крови. Таким, например, является 0,15 М (0,9%) раствор NaCl.

Используют также гипертонические (с повышенным осмотическим давлением) и гипотонические (с пониженным осмотическим давлением)растворы.

Осмотическое давление является главной силой, обеспечивающей движение воды в растениях и ее подъем от корней до вершины. Клетки листьев, теряя воду, осмотически всасывают ее из клеток стебля, а последние из клеток корня, берущих воду из почвы. В тканях растений осмотическое давление составляет 5-20 атм., а у растений в пустынях доходят до 170 атм.

В промышленности и медицине большую роль играет обратный осмос. Если приложить к раствору избыточное давление, по сравнению с осмотическим, то начинается диффузия растворителя в обратном направлении: из раствора в чистый растворитель. Обратный осмос используется для опреснения морской воды, очистки крови от токсичных веществ при почечной недостаточности, осветлении вин и т.д.

Изотонический коэффициент Вант-Гоффа при диссоциации или ассоциации

Вант-Гофф заметил, что для растворов электролитов осмотическое давление и все остальные рассмотренные коллигативные свойства выше, чем для растворов неэлектролитов. Причиной этого является электролитическая диссоциация. Ионы в растворе действуют как отдельные частицы.

Следовательно, коллигативные свойства зависят от общей концентрации частиц (молекул и ионов) в растворе. В выражения коллигативных свойств Вант-Гофф ввел поправку, связанную с диссоциацией или ассоциацией растворённого вещества, называемую изотоническим коэффициентом ВантГоффа. По физическому смыслу изотонический коэффициент показывает, во сколько раз изменяется число частиц растворённого вещества в реальном растворе в результате диссоциации или ассоциации по сравнению со случаем отсутствия диссоциации или ассоциации:

которые диссоциирует одна молекула вещества. Тогда изотонический коэффициент будет больше нуля и будет определяться формулой:

= 1 + ( – 1) >1.

При ассоциации растворённого вещества:

Изотонический коэффициент появляется как поправочный множитель во всех формулах для коллигативных свойств:

1) Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя:

.

2)Повышение температуры кипения:

∆кип. = 2.

3)Понижение температуры отвердевания:

∆отв. = 2

4)Осмотическое давление:

=

Величины коллигативных свойств прямо пропорциональны друг другу. Каждую из них можно использовать для определения кажущейся