Осмотическое давление растворов

Все растворы обладают способностью к диффузии. Диффузией называется стремление вещества равномерно распределиться по всему предоставленному ему объёму.

Если разделить раствор и растворитель полунепроницаемой перегородкой, через которую проходят молекулы растворителя, но не проходят молекулы растворённого вещества, то в этом случае возможна только диффузия растворителя в раствор.

Процесс односторонней диффузии растворителя в раствор через полунепроницаемую перегородку называется осмосом.

Осмотическим давлением называется сила на единицу площади (Н/м²), заставляющая растворитель переходить через полунепроницаемую перегородку в раствор, находящийся при том же внешнем давлении, что и растворитель. Осмотическое давление разбавленных растворов подчиняется законам идеального газа.

Закон Вант-Гоффа:

Осмотическое давление разбавленных идеальных растворов численно равно тому давлению, которое оказывало бы растворённое вещество, если бы при данной температуре оно в виде идеального газа занимало тот же объём.

π = СRT, (71)

где C– молярная концентрация раствора, моль/л;R– универсальная газовая постоянная 8,314 Дж/(моль∙К);T– абсолютная температура, К.

В растворах электролитов благодаря электролитической диссоциации и увеличения числа частиц экспериментальное значение осмотического давления всегда выше, чем теоретически вычисленное по уравнению (71). Степень отклонения наблюдаемого осмотического давления (π_эксп) от вычисленной величины (π_выч) выражается изотоническим коэффициентом

i= .

При вычислении осмотического давления растворов электролитов в уравнение (71) вводится поправочный (изотонический) коэффициент i> 1, учитывающий увеличение числа частиц в растворе вследствие электролитической диссоциации молекул:

π = iСRT. (72)

Для растворов неэлектролитов изотонический коэффициент равен 1. Изотонический коэффициент i зависит от природы электролита и степени диссоциации его молекул. В общем случае при распаде электролита с образованиемk– ионов

i = 1 + (k – 1)α. (73)

Если при распаде молекулы образуется два иона k = 2, то формула (73) примет более простой вид:

i = 1 + α. (74)

Пользуясь выражениями (71- 74), можно рассчитать осотическое давление, концентрацию, молекулярные веса растворённых веществ, а также степень диссоциации электролитов в растворах.

Пример 10.Вычислить осмотическое давление 2%-ного раствора глюкозы при 0ºС. Плотность раствора принять равной единице.

Решение. Осмотическое давление вычисляем по формуле (71). Концентрация раствора выражается в моль/дм³,R= 8,314 Дж/(моль∙К), молекулярная масса глюкозы С₆Н₁₂О₆равна 180 г/моль.

В 100 г 2%-ного раствора содержится 2 г глюкозы. Поскольку плотность данного раствора равна 1, то в 1дм³содержится 20 г глюкозы, а это соответствует молярной концентрации С =, в результате получаем:

π = 252,2 кПа

Давление пара разбавленных растворов. Закон Рауля

Давление пара над раствором нелетучего вещества в каком-либо растворителе всегда ниже, чем над чистым растворителем при одной и той же температуре. Согласно закону Рауля : давление насыщенного пара i-того компонента над раствором (Р_i ) прямо пропорционально его молярной доле в растворе (χ_i):

Р_i = Р_i⁰· χ_i,, (75)

где Р_i⁰– коэффициент пропорциональности, равный давлению насыщенного пара над чистымi-тым компонентом;

χ_i = ,(76)

где n_i – число молей растворённого вещества,n_s – число молей растворителя.

Пример 11. Вычислить давление пара 10%-ного раствора мочевины СО(NH₂)₂при 50ºС. Давление паров воды при 50ºСР_i⁰ = 12 320 Н/м².

Решение. Для решения данной задачи используем формулу (75):

Р_i = Р_i⁰· χ_i

В 100 г 10%-ного раствора мочевины содержится 10 г мочевины и 90 г воды: Мм(СО(NH₂)₂) = 60 г/моль, Мм(Н₂О) = 18 г/моль.

Определяем число молей мочевины (n_i) и число молей воды (n_s) в 100 г 10%-ного раствора:

n_i=;n_s=.

Согласно закону Рауля

Р_s = Р_i⁰- Р_i

Р_i = Р_i⁰∙

Р_i =12 320 Н/м²· 398 Н/м²,

Р_s= 12 320 Н/м²- 398 Н/м²= 11 922 Н/м².