2.15.4. Закон Рауля

Франсуа Марі Рауль у 1870-х роках провів серію експериментів, що призвели до закону, названому згодом його ім'ям, справедливого для ідеальних розчинів. З умови динамічної рівноваги на межі рідина - насичений пар випливає, що тиск насичених парів над ідеальним розчином повинний бути менше, ніж тиск насичених парів над чистим розчинником. Відносне зниження тиску пари пропорційно концентрації розчину і не залежить від хімічної природи розчиненої речовини. Закон Рауля можна виразити наступною формулою

(2.15.3)

Тут р₁ - тиск насичених парів над розчином, - тиск насичених парів над чистим розчинником, ν₁ - кількість молей молекул розчинника, ν₂ - кількість молей молекул розчиненої речовини.

Введення в розчинник молекул розчиненої речовини підвищує температуру кипіння і знижує температуру твердіння розчинів на величину, пропорційну концентрації розчину і не залежить від хімічної природи розчиненої речовини.

2.15.5. Закон Генрі

Рівноважна концентрація слабкого розчину, що виникає при розчиненні газу в рідині або твердому тілі, пропорційна тиску газу і не залежить від природи газу і конденсованої фази. Це суть закону розчинності Генрі. Він справедливий для ідеальних розчинів при відсутності хеміадсорбціі - хімічної взаємодії між газом і твердим розчинником.

Закон Генрі можна виразити наступною формулою:

(2.15.4)

Тут q - концентрація розчинених насичених парів, р - тиск насичених парів розчиненої речовини.

2.15.6. Осмос. Осмотичний тиск

Явище проникнення розчинника в розчин через пористу перегородку (мембрану), непроникну для розчиненої речовини і відокремлює розчин від чистого розчинника, називається осмосом.

Через мембрану здійснюється обмін молекулами розчинника, що знаходиться по обидві сторони від мембрани. В результаті переважного руху молекул розчинника в бік розчину рівновагу в

системі розчинник - мембрана - розчин підтримується за

Рис. 2.15.1. Явище осмосу

допомогою осмотичного тиску (рис. 2.15.1), який здійснюється розчиненою речовиною в розчині. Осмотичний тиск можна виміряти за допомогою гідростатичного тиску розчину, оскільки підйом рівня рідини розчину буде відбуватися до тих пір, поки гідростатичний тиск, що дорівнює ρgh, не опиниться рівним осмотичному.

Це явище було відкрито в середині 19 століття. Я.Х. Вант-Гофф вивів просте рівняння, аналогічне рівнянню стану ідеального газу:

(2.15.5)

Тут р_ос - осмотичний тиск, V - об'єм розчину, ν - число молей молекул розчиненої речовини, R - універсальна газова стала, Т- абсолютна температура. Осмотичний тиск не залежить від виду мембрани або від роду розчинника. Закон Вант- Гоффа не справедливий для електролітів.

Осмотичний тиск відіграє велику роль у житті тварин і рослин. Розрізняють статичний і динамічний методи вимірювання осмотичного тиску. Статичний метод заснований на вимірюванні надлишкового гідростатичного тиску по висоті стовпа рідини розчину. Динамічний метод полягає у вимірюванні швидкостей всмоктування і витискування розчинника з осмотичної комірки при різних значеннях надлишкового тиску. В якості мембран зазвичай застосовують плівку з целофану, природних і синтетичних полімерів, пористі керамічні і скляні перегородки. Осмотичний тиск може досягати значної величини. Наприклад, 10% -ий розчин цукру при кімнатній температурі має осмотичний тиск близько 10МПа. Осмотичний тиск морської води становить 0,27 МПа.

Завдання для самопідготовки

1. Гумова куля, наповнена спиртом, при зануренні у воду збільшує свої розміри, а наповнена водою при зануренні в спирт зменшує свої розміри. Як пояснити ці спостереження?

2. Глиняна посудина, оброблена особливим чином, наповнена розчином цукру. Посудина закрита пробкою, в яку вставлена довга вертикальна трубка. При зануренні судини в чисту воду в трубці з'являється рідина. Яка особливість стінок посудини, що приводить до збільшення тиску всередині судини? Чи буде висота підйому рівня рідини в трубці пропорційна часу спостереження?

3. Для іспиту бетону на морозостійкість використовують розчини NaCl. Для готування соляного розчину змішали 10%-ий і 25%-ий розчини соли й одержали 3 кг 20%- го розчину. Яку кількість кожного розчину в кілограмах було використано?

Відповідь: 1 кг і 2 кг відповідно.

4. 1 мл 25% розчину полімерно-в’яжучої речовини містить 0,458 грам розчиненого полімеру. Яка густина цього розчину?

Відповідь: 1,832г/мл.

5. Приготовлений 30% розчин добавки ПАР (поверхнево-активна речовина), який сприяє змочуванню поверхні зерен цементу. Цей розчин має густину 1,2 г/мл. Яка його молярна концентрація?

Відповідь: 5,71моль/л.

6. Судина місткістю 100 л розділена напівпроникною перегородкою на дві рівні частини. В одній половині судини знаходитися водень масою 2 г, в інший - азот у кількості 1 моль. Визначити тиск по обидві сторони від перегородки, якщо вона може пропускати тільки водень. Температура в обох половинах однакова, не міняється і дорівнює 127ºС.

Відповідь:p_водень 33·10^-3 Па, p_{водень + азот} 100·10^-3 Па

ПЕРЕЛІК ЛІТЕРАТУРИ