физколда сем

3. Законы Рауля, Следствие из законов Рауля.

Каждой жидкости при данной температуре соответствует определенное давление насыщенного пара р₀. С повышением температуры р₀ увеличивается. При растворении в жидкости какого-либо нелетучего вещества давление насыщенного пара растворителя над раствором становится ниже, чем над чистым растворителем при той же температуре. Причем понижение давления пропорционально концентрации раствора.

Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного вещества.

= N₂,

где

p₀ - давление насыщенного пара над чистым растворителем;

p - давление насыщенного пара растворителя над раствором;

N₂ - мольная доля растворенного вещества;

n₁ - число молей растворенного вещества;

n₂ - число молей растворителя.

Понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором нелетучего вещества приводит к повышению температуры кипения и понижению температуры замерзания раствора по сравнению с чистым растворителем, что находит отражение на диаграмме состояния растворителя. На рис.1.1 приведена диаграмма состояния воды и водного раствора нелетучего вещества. Согласно закону Рауля, давление водяного пара над водным раствором ниже, чем над водой. Температура кипения жидкости Т_кип - это температура, при которой давление насыщенного пара ее достигает атмосферного давления; для воды это 100^оС (при давлении 101,3 кПа или 1,013^.10⁵ Н/м²). Так как над раствором давление насыщенного пара растворителя ниже, для того чтобы раствор закипел, его надо нагреть до более высокой температуры, чем чистый растворитель. Поэтому кривая 4 кипения для раствора (см. рис 1.1.) лежит правее, чем (кривая 1) для воды. Кривая 3 соответствует изменению давления насыщенного пара над твердой водой (льдом) при переходе ее из твердого в газообразное состояние.

Следствия закона Рауля

1. Понижение температуры замерзания Т_зам и повышение температуры кипения Т_кип раствора неэлектролита прямо пропорциональны количеству вещества, растворенному в данном количестве растворителя.

2. Эквимолярные (т.е. содержащие одно и то же число молей) количества растворенных веществ, будучи растворены в одном и том же количестве данного растворителя, одинаково понижают температуру его замерзания и одинаково повышают температуру его кипения.

Понижение температуры замерзания, вызываемое растворением одного моля вещества в 1000 г растворителя, есть величина постоянная для данного растворителя. Она называется криоскопической константой K_к растворителя. Точно так же и повышение температуры кипения, вызываемое растворением одного моля вещества в 1000 г растворителя, называется эбулиоскопической константой K_э растворителя. Криоскопическая и эбулиоскопическая константы зависят только от природы растворителя.

Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения разбавленных растворов неэлектролитов пропорционально их моляльной концентрации:

Т_зам = K_к С_m ; Т_зам = K_{к ;}

Т_кип = K_эС_m ; Т_кип = K_э

где m – количество растворенного вещества, г;

g – количество растворителя, г;

M – мольная масса растворенного вещества, г/моль.

Приведенные формулы позволяют рассчитывать составы антифризов – растворов, не замерзающих до определенной температуры.

Исходя из приведенных соотношений очевидно, что при растворении в 1000 г данного растворителя 1 грамм-моля какого-либо неэлектролита Т_зам и Т_кип раствора будут одинаковыми независимо от природы растворенного вещества и равны:

Т_зам = K_к ; Т_кип = K_э .

Приведенные формулы (1.5.) дают возможность определять не только определять температуры кипения и замерзания растворов неэлектролитов по их концентрациям, а также рассчитывать молекулярную массу растворенного вещества по температуре кипения или замерзания его растворов:

М = K_{к ;} М = K_{э. (1.6)}

В растворах электролитов вследствие электролитической диссоциации суммарное число частиц (молекул и ионов) больше числа растворенных молекул, поэтому понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов электролитов больше, чем в растворе неэлектролита (при их одинаковой моляльной концентрации).

4. Осмос, осмотическое давление.

Осмос (от греч. osmos – толчок, давление), односторонний перенос растворителя через полупроницаемую перегородку (мембрану), отделяющую раствор от чистого растворителя или раствора меньшей концентрации. Обусловлен стремлением системы к термодинамическому равновесию и выравниванию концентраций раствора по обе стороны мембраны.

Осмотическое давление – это сила приходящееся на единицу поверхности и заставляющая проникать молекулы растворителя через полупроницаемую перегородку. Не зависит от природы растворителя и растворенного вещества. Р_осм=СRT.