4.1.2. Коллигативные свойства растворов

Коллигативные свойства растворов – свойства, не зависящие от природы растворенного вещества, а зависящие только от его концентрации. К ним относятся осмотическое давление, понижение давления насыщенного пара над раствором, понижение температуры кристаллизации и повышение температуры кипения растворов. Эти свойства описываются законами Рауля и законом осмоса.

Если имеется некоторый объем жидкости, то над ней всегда присутствуют пары этой жидкости. При постоянных давлении и температуре эти пары находятся в динамическом равновесии с жидкостью. Если в чистый растворитель поместить некоторое количество растворенного вещества, то давление газа над жидкостью уменьшится. Эта зависимость описывается первым законом Рауля: относительное понижение давления насыщенного пара над раствором прямо пропорционально молярной доле растворенного вещества и обратно пропорционально молярной доле растворителя.

,

(1)

где P₀ – давление насыщенного пара растворителя; Р – давление насыщенного пара раствора, N – молярная доля.

Второй закон Рауля: повышение температуры кипения раствора по отношению к чистому растворителю прямо пропорционально моляльной концентрации раствора

ΔTкип = E∙Cm = ,

(2)

где E – эбуллиоскопическая константа, зависящая от природы растворителя (E_Н2О = 0,52), С_m – моляльная концентрация раствора (моль/кг).

Третий закон Рауля: понижение температуры замерзания раствора по отношению к чистому растворителю прямо пропорционально моляльной концентрации раствора

ΔTзам = К∙Cm = ,

(3)

где К – криоскопическая константа, зависящая от природы растворителя (К_Н2О = 1,86).

Закон осмоса

Диффузия – это процесс самопроизвольного перемешивания вещества в растворе, приводящий к выравниванию его концентрации в объеме. Осмос - это процесс диффузии молекул вещества через полупроницаемую мембрану, которая обладает свойством пропускать молекулы в одном направлении и не пропускать их при диффузии молекул в обратном направлении. В результате осмоса в системе возникает избыточное давление – осмотическое (π). Его рассчитывают по закону Вант-Гоффа (закону осмоса):

π = СмRТ,

.4)

где С_м – молярная концентрация раствора, R – газовая постоянная, Т – температура.

Уравнения 1 – 4 применимы только к растворам неэлектролитов. Для растворов электролитов в уравнение вводят поправочный коэффициент Вант-Гоффа (i) – изотонический коэффициент.

, ΔTкип = iECm

(8.1.5) (8.1.7)

ΔTзам = iКCm, π = iСмRТ.

(5) (6)

Изотонический коэффициент связан со степенью диссоциации электролита

i = 1 +  ∙(ν – 1),

(7)

где ν – количество ионов, образующихся при диссоциации одной молекулы.

При большом разбавлении i равен числу ионов, на которые распадается электролит. Например, для раствора LiBr i=2, Na₂SO₄ – i = 3.