Кафедра физической химии Дисциплина Химия

химии, Почетный работник образования РФ
Растворы и их коллигативные свойства

Первый Закон Рауля.
3. Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения

раствора. Второй закон Рауля
4. Осмотическое давление.

двух и более компонентов.
Термодинамическая устойчивость заключается в том, что растворы

образуются самопроизвольно при Т,р = const (ΔG<0).
Гомогенность обеспечивается равномерным распределением каждого компонента друг в друге в виде молекул, ионов, атомов.
Переменность состава означает, что состав раствора может непрерывно меняться в определенных пределах. От химических соединений растворы отличаются непостоянством состава и отсутствием кратных отношений.

соли
твердые, например металлические и солевые сплавы.

находится в избытке и имеет то же агрегатное состояние, что

и раствор называется растворителем, другой же компонент – растворенным веществом. Если один из компонентов – жидкость, а другой твердое вещество или газ, то растворителем считают жидкость.

величиной раствора является концентрация его компонентов.
Наиболее часто используются следующие способы

выражения концентрации:
Массовая доля ω(х)
Молярная концентрация С(х)
Нормальная концентрация С(1/z х)
Молярная доля
Моляльность b(х)

воды. Плотность раствора равна 1,05 г/см3. Выразить концентрацию раствора: а)

в процентах, б) в мольных долях, в) в моляльности, г) молярности.
Решение, а) Процентный состав раствора будет равен:

в растворе: n(H2O)= 230 : 18 = 12,77 и n(КСl)

= 20 : 74,55 = 0,2682. Мольные доли находим по уравнению:


;
в) В 230 г воды растворено 0,2682 моль КС1. Моляльность раствора (b) определяем по уравнению:



г) Объем 230 + 20 = 250 г раствора КС1 равен массе раствора, деленной на его плотность: V = 250 : 1,05 = 238,1 (мл).
Молярность раствора, т.е. число молей в одном литре раствора равна:

;

моль/л

строят теоретические модели и реальные.
Идеальные – это растворы, при образовании

которых ΔН=0, ΔV=0, что возможно в случае одинаковых сил взаимодействия между частицами растворителя и раствора. Свойствами идеального раствора обладают лишь растворы оптически активных изомеров, смеси компонентов, различающиеся по изотопному составу.
Из реальных растворов к идеальным близки предельно (бесконечно) разбавленные растворы - растворы, концентрация растворенного вещества которых б.м.
К ним относят
растворы газов в жидкости, с которыми они не взаимодействуют (азот в воде).
растворы, из веществ, молекулы которых сходны по полярности, строению и химическому составу (бензол - толуол, дибромэтилен-дибромпропилен и др.).

природы частиц растворенного вещества, а зависящие только от концентрации частиц

в растворе.
К ним относят:
Понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором;
Понижение температуры замерзания раствора;
Повышение температуры кипения раствора;
осмотическое давление.

вещество, переход которого в паровую фазу исключен . Растворение нелетучего

вещества будет затруднять испарение растворителя вследствие:
уменьшения подвижности молекул растворителя за счет межмолекулярного взаимодействия растворитель - вещество;
уменьшения поверхности испарения, так как часть поверхности занята молекулами нелетучего вещества;
уменьшения концентрации молекул растворителя в растворе.

Следовательно, произойдет смещение равновесия в сторону жидкости, а давление насыщенного пара растворителя над раствором (р) всегда будет меньше давления насыщенного пара над чистым растворителем (р°).

законом Рауля (1886г):
парциальное давление компонента идеального раствора равно давлению чистого

компонента, умноженного на его мольную долю

пары растворителя А, а следовательно по закону Рауля: р =

роА χА
Так как в растворе присутствует вещество В, то χА < 1, а следовательно рА< роА
Присутствие вещества В обуславливает: χА= 1- χВ
рА = роА ( 1- χВ) = роА - роА χВ

рА - роА = - роА χВ

роА - рА/ роА = χВ

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

= nВ/ nА = mВМА/ mАМВ

Если известны массы растворенного вещества

и растворителя, а также молярная масса растворителя, то можно рассчитать молярную массу растворенного вещества В.
МВ= mВМА роА/mА (роА – рА)

= р2о χ2 ;
р = р1+р2 = р1о χ1 +

р2о χ2
Графически зависимости
выражаются прямыми линиями. Зависимость общего давления насыщенного пара над раствором от концентрации (молярной доли) вещества выражается прямой линией, не проходящей через начало координат

пара над жидкостью становится равным внешнему давлению.
Температура замерзания жидкости -

это температура, при которой давление насыщенного пара над жидкостью становится равным давлению насыщенного пара над кристаллами этой жидкости.

выравнивается с внешним: р=рвнеш
Поскольку растворенное вещество снижает давление насыщенного пара

растворителя, требуется большая температура, чтобы это давление сравнялось с внешним, т.е. присутствие растворенного вещества повышает температуру кипения раствора.

твердой фазы, поэтому требуется более сильное понижение температуры. Т.о. присутствие

растворенного вещества понижает температуру замерзания раствора.

и понижение температуры начала кристаллизации ∆Тз раствора пропорциональна моляльности раствора

(b(х))

где Кэб и Ккр – эбулиоскопическая (эбулиометрическая) и криоскопическая (криометрическая) константы, значения которых зависят только от природы растворителя.

растворитель - вода)

то Кэб =∆Ткип и Ккр =∆Тзам , т.е. константы численно

равны повышению температуры кипения или, соответственно, понижению температуры замерзания одномоляльного идеального раствора (1 моль вещества в 1000 г растворителя) нелетучего вещества по сравнению с чистым растворителем.

не зависят от природы растворенного вещества (идеальные растворы)
1,86

более сложно. Кроме того, эбуллиоскопия менее точна, поэтому чаще используют

метод криоскопии.

раствора замеряют в момент начала кристаллизации, так как по мере

образования кристаллов концентрация раствора изменяется, а это приводит к искажению результатов. На основе показаний термометра Бекмана строят кривую охлаждения по которой и определяют Тз.

Лед: NaCl = = 3:1

следующим формулам:
М= Кэб mрв/ ∆Тк m р-ль
М= Ккр mрв/ ∆Тз

m р-ль
где m рв — масса растворенного вещества, г; m р-ль — масса растворителя, г; ∆Тз — понижение температуры замерзания и ∆Тк — повышение температуры кипения, определенные экспериментально, К;

веществ основано действие антифризов – веществ, добавление которых к охлажденной

воде в радиаторах автомобилей снижает температуру ее замерзания и предотвращает возможность «замораживания» двигателей. Хладагенты, применяемые в фарм. технологии для доставки «холода» к теплообменникам, - обычно растворы каких-либо солей в воде, фреоны, хладоны, тасолы и т.д.
В лабораторной практике фармации измерение температур кипения и замерзания растворов лежит в основе эбулиометрического и криометрического методов определения
молярных масс веществ неэлектролитов (эбулиометрия и криометрия);
концентрацию растворенного вещества при известной его молярной массе;
чистоту органического соединения.

проницаемостью из растворителя в раствор.

мембрану от растворителя к раствору и от раствора к растворителю

будут различными вследствие:
неодинаковой концентрации растворителя в разделенных частях системы, ;
большей площади поверхности мембраны, свободной от частиц растворенного вещества со стороны чистого растворителя sI , чем со стороны раствора s II, где часть поверхности мембраны занята частицами растворенного вещества, т. е. sI > sII;
большей подвижности молекул растворителя в чистом растворителе, чем в растворе, где есть межмолекулярное взаимодействие между веществом и растворителем, уменьшающее подвижность молекул растворителя.

растворителя в разделенных частях системы и появления избыточного гидростатического давления

со стороны раствора, скорости диффузии растворителя будут изменяться по-разному: уменьшаться и увеличиваться. Это обстоятельство обязательно приведет к наступлению в системе состояния динамического физико-химического равновесия, характеризующегося равенством скоростей диффузии молекул растворителя через мембрану .

это давление называется осмотическим.
Осмотическим давлением

называют избыточное гидростатическое давление, возникающее

в результате осмоса и приводящее к выравниванию скоростей взаимного проникновения молекул растворителя сквозь мембрану с избирательной проницаемостью.

идеальных газов.
Эмпирический закон Вант-Гофа: осмотическое давление разбавленного раствора численно

равно тому давлению, которое производило бы данное количество растворенного вещества, если бы оно находилось в газообразном состоянии при заданной температуре и занимало объем, равный объему раствора.

Из этого уравнения видно, что осмотическое давление не зависит от природы растворенного вещества, а зависит только от числа частиц в растворе и от температуры.

отсутствует взаимодействие частиц, т. е. для идеальных растворов. В реальных

растворах имеют место межмолекулярные взаимодействия между молекулами вещества и растворителя, которые могут приво­дить или к диссоциации молекул растворенного вещества на ионы, или к ассоциации молекул растворенного вещества с образованием из них ассоциатов.

осмометров.
Схема осмометра Пфеффера: 1—сосуд с растворителем; 2— мембрана; 3—ячейка

с раство­ром; 4 — манометр.

цилиндр с раствором,
3 — мембрана;
4 — цилиндр с

растворителем

метод плазмолиза.

Тогда из следствия закона Рауля:

давления по понижению температуры замерзания раствора:

Приведенные расчеты свидетельствуют о тесной

взаимосвязи коллигативных свойств

вода начинает выходить из нее путем осмоса через плазматическую мембрану.

Сначала теряется вода цитоплазмы, а затем через тонопласт выходит вода из вакуоли. Протопласт, т.е. живое содержимое клетки, окруженное клеточной стенкой, сморщивается и, в конце концов, отстает от клеточной стенки. Этот процесс называется плазмолизом, а про такую клетку говорят, что она плазмолизирована. Вода выходит из протопласта до тех пор, пока его содержимое не приобретает такое же осмотическое давление, что и в окружающем растворе.

растворах с разной молярной концентрацией. Строится график, отложив по вертикальной

оси процент плазмолизированных клеток, а по горизонтальной – молярная концентрация раствора. По графику определите молярную концентрацию раствора, при котором плазмолизируется 50% клеток. Определив температуру в лаборатории при помощи термометра. По формуле определить среднее осмотическое давление в растительной клетки.
Росм = См RТ,

соли Na2S04 • 10H2O также основано на явлении осмоса. Эти

соли плохо всасываются через стенки кишечника, поэтому они создают в нем гипертоническую среду и вызывают поступление в кишечник большого количества воды через его стенки, что приводит к послабляющему действию. Следует иметь в виду, что распределение и перераспределение воды в организме происходит и по другим более специфическим механизмам, но осмос играет в этих процессах ведущую роль, а значит, он играет ведущую роль и в поддержании гомеостаза.