7.6. Свойства разбавленных молекулярных растворов

Растворы органических веществ представляют собой равномерное распределение в растворителе молекул растворенного вещества, поэтому их относят к молекулярным растворам. Их свойства зависят от природы растворителя, растворенного органического вещества и концентрации.

Некоторое количество молекул растворенного вещества входит в состав поверхностного слоя, вытесняя с поверхности раздела фаз (раствор-пар) молекулы растворителя, поэтому давление насыщенного пара растворителя над раствором окажется ниже, чем над чистым растворителем. Чем выше концентрация раствора, тем больше понижение давления пара растворителя над раствором. Эта зависимость описывается законом Рауля.

7.6.1. Закон Рауля

Относительное понижение давления пара растворителя равно отношению числа моль растворенного вещества к сумме моль растворителя и растворенного вещества:

,

(7.7)

где р⁰₂ – давление пара над чистым растворителем; р₁ – давление пара растворителя над раствором; – относительное понижение давления пара растворителя; n₁ – число молей растворенного вещества; n₂ – число молей растворителя.

Закон Рауля можно сформулировать иначе: относительное понижение давления пара растворителя равно мольной доле растворенного вещества, так как – мольная доля.

7.6.2. Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения разбавленных молекулярных растворов

Понижение давления пара над раствором по сравнению с чистым растворителем вызывает понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов. Жидкость замерзает при той температуре, когда давление пара над ней равно давлению пара над ее льдом, а кипит при равенстве давления пара над ней атмосферному давлению. Поскольку давление пара над раствором, ниже, чем над растворителем то, как видно на графиках 7.1 и 7.2 становится равным давлению пара надо льдом при более низкой температуре, а значения атмосферного оно достигает при более высокой температуре.

Изменение температуры замерзания (Т_з) – разность температур замерзания растворителя (Т₀) и раствора (Т_{з р-ра}):

Тз = Т0 – Тз р-ра.

(7.8)

Рис. 7.1. Связь понижения давления пара с понижением температуры замерзания.

Т_з (понижение температуры замерзания) увеличивается с концентрацией:

Тз = ЕзСm,

(7.9)

где Е_з –моляльное понижение температуры замерзания (криоскопическая постоянная растворителя) – понижение температуры замерзания при растворении 1 моль неэлектролита в 1000 г растворителя; С_m – моляльная концентрация.

Е_з - справочная величина зависит только от природы растворителя: вода – 1,86; бензол – 5,1; фенол – 7,3; анилин – 5,9 град/моль.

Зависимость повышения температуры кипения от концентрации описывается следующим образом:

	Тк = Тр-р – Т0,	(7.10)
	Тк = ЕкСm,	(7.11)

где Т_к – повышение температуры кипения; С_m – моляльная концентрация; Е_Э – моляльное повышение температуры кипения растворителя (эбуллиоскопическая постоянная) – повышение температуры кипения для раствора, содержащего 1 моль растворенного неэлектролита в 1000 г растворителя. Е_Э зависит только от природы растворителя: вода – 0,5; бензол – 1,2; этиловый спирт – 2,1 град/моль растворенного вещества. И не зависит от природы растворенного неэлектролита и его концентрации.

Рис. 7.2. Связь понижения давления пара с повышением температуры кипения.

Используя уравнения (7.4), (7.9) и (7.11), можно по изменению температуры замерзания раствора определить молярную массу вещества. Для этого экспериментально определяют повышение температуры кипения или понижение температуры замерзания раствора. Если известна масса растворенного вещества m₂ и растворителя m₁ то молярную массу растворенного вещества М определяют по уравнению:

,

(7.12)

где K = Е_э, либо K = Е_к.