Свойства разбавленных растворов неэлектролитов (коллигативные свойства – независящие от природы вещества).

Эти растворы по своим свойствам близки к идеальным растворам, в которых отсутствует взаимодействие между частицами растворенного вещества и растворителя.

Закон Рауля (1887 г., на основании многочисленных опытов). Относительное понижение давление насыщенного пара растворителя над раствором пропорционально мольной доле растворенного вещества: Р^о- Р/Р^о = Х (1),

где Р^о – давление насыщенного пара над растворителем, всегда дольше Р – давление насыщенного пара над раствором, Х – мольная доля Х = n/ n+N, где n – число молей растворенного вещества, N – число молей растворителя.

Насыщенный пар – это пар, находящийся в равновесии с жидкостью, из которой он испаряется. Испарение протекает до тех пор, пока скорость испарения (эндотермический процесс) не станет равной скорости обратного процесса – конденсации (экзотермический процесс): v_исп = v_конд. Далее наступает состояние равновесия паров при данной температуре, которое и будет давлением насыщенного пара, которое можно измерить с помощью манометра.

Закон Рауля позволяет рассчитывать молярные массы веществ. Если они не неизвестны, растворяя массу вещества m в определенной массе растворителя m^о с известной молярной массой М^о и Р^о(из справочных данных). Давление насыщенного пара над раствором Р – измеряем. Выражаем n =m/M и N = m^о/ М^о; подставляем в формулу Р^о- Р/Р^о = n/ n+N = m/M(m/M+ m^о/ М^о), из которой рассчитываем незвестную молярную массу вещества - М.

Следствием Закона Рауля является повышение температуры кипения раствора и понижение температуры замерзания раствора.

Процесс кипения начинается, когда Р_нас = Р_атм. Поскольку давление насыщенного пара раствора ниже, чем растворителя, то необходимо повысит ь температуру для кипения раствора, чтобы воссановить Р_нас = Р_атм (с повышением температуры возрастает испарение). В соответствии с законом Рауля Р = Р^о- Р зависит от молярной доли растворенного вещества, значит при растворении 1 моля повышение температуры кипения будет одинаково для всех веществ. Следовательно, повышение температуры кипения пропорционально концентрации растворенного вещества (моляльности): Т_кип = Е с_m (2) где с_m – моляльность, Е – эбулиоскопическая постоянная – величина повышения температуры кипения раствора, содержащего 1 моль вещества в 1000 г растворителя – Е(Н₂О) = 0,52К/моль.

Температура замерзания раствора – это такая температура, при которой давление насыщенного пара над жидкостью равно давлению насыщенного пара над твердым телом Р_ж = Р_тв. При введении растворенного вещества равновесие смещается в сторону плавления твердой фазы, и для восстановления равновесия нужно понизить температуру. Следовательно раствор замерзает при более низкой температуре, чем растворитель. Понижение температуры зависит олько отсвойств чистого растворителя и молярной доли растворенного вещества.

Следовательно, понижение температуры замерзания раствора тоже пропорционально моляльности: Т_зам = К с_m (3), где с_m – моляльность, К – криоскопическая постоянная – величина понижения температуры замерзания раствора. Содержащего 1 моль растворенного вещества в 1000 г расворителя – К(Н₂О) = 1,86К/моль.

Способ определения молярных масс по повышению температуры кипения раствора и понижению температуры замерзания раствора более удобен и его на практике используют чаще, измерение давления насыщенного пара. Расчеты там точно такие же. Измеряют Т_зам или Т_кип, выражают неизвестную молярную массу растворенного вещества М, растворяя массу вещества m в определенной массе растворителя m^о с известной молярной массой М^о и с использованием формул 2 и 3 производят расчеты. с_m = Т_кип/Е , использую нижеприведенную пропорцию, выражаем с_m= m 1000/m^о(а)

m - m^о

с_m - 1000

При растворении 1 моля Т_кип повышается на Е градусов,

При растворении n = m/M молей - на Т_кип градусов. m/М = Т_кип /Е. откуда Е = МТ_кип /m(б) . Подставляем в (2) значения с_m из (а) и Т_кип из (б):

Т_кип = m 1000/m^о