Właściwości koligatywne rozwiązań

Dorling Kindersley / Getty Images

Definicja właściwości koligatywnych

Właściwości koligatywne są właściwościami rozwiązania które zależą od liczby cząstek w a tom z rozpuszczalnik (koncentracja), a nie na masa lub tożsamość solute cząstki. Na właściwości koligatywne wpływa również temperatura. Obliczanie właściwości działa idealnie tylko w przypadku idealnych rozwiązań. W praktyce oznacza to, że równania dotyczące właściwości koligatywnych powinny być stosowane do rozcieńczania rzeczywistych roztworów tylko wtedy, gdy nielotna substancja rozpuszczona jest rozpuszczona w lotnym ciekłym rozpuszczalniku. Dla dowolnego danego stosunku masowego substancji rozpuszczonej do rozpuszczalnika, każda właściwość koligatywna jest odwrotnie proporcjonalna do masy molowej substancji rozpuszczonej. Słowo „colligative” pochodzi od łacińskiego słowa związany , co oznacza „związany razem”, odnoszący się do tego, jak właściwości rozpuszczalnika są powiązane ze stężeniem substancji rozpuszczonej w roztworze.

Jak działają właściwości koligatywne

Gdy do rozpuszczalnika dodaje się substancję rozpuszczoną w celu wytworzenia roztworu, rozpuszczone cząstki wypierają część rozpuszczalnika w fazie ciekłej. Zmniejsza to stężenie rozpuszczalnika na jednostkę objętości. W rozcieńczonym roztworze nie ma znaczenia, jakie są cząstki, tylko ile jest ich obecnych. Na przykład rozpuszczanie CaCl_dwacałkowicie dałoby trzy cząstki (jeden jon wapnia i dwa jony chlorkowe), podczas gdy rozpuszczenie NaCl dałoby tylko dwie cząstki (jon sodu i jon chlorku). Chlorek wapnia miałby większy wpływ na właściwości koligatywne niż sól kuchenna. Dlatego chlorek wapnia jest skuteczniejszym środkiem odladzającym w niższych temperaturach niż zwykła sól.

Jakie są właściwości koligatywne?

Przykłady właściwości koligatywnych obejmująciśnienie paryopuszczenie, obniżenie temperatury zamarzania , ciśnienie osmotyczne , oraz podwyższenie temperatury wrzenia . Na przykład dodanie szczypty soli do kubka wody powoduje, że woda zamarza w niższej temperaturze niż normalnie, wrze w wyższej temperaturze, ma niższą prężność pary i zmienia jej ciśnienie osmotyczne. Chociaż właściwości koligatywne są ogólnie rozważane dla nielotnych substancji rozpuszczonych, efekt dotyczy również lotnych substancji rozpuszczonych (chociaż może być trudniej to obliczyć). Do przykład , dodanie alkoholu (lotnej cieczy) do wody obniża temperaturę zamarzania poniżej tej zwykle obserwowanej dla czystego alkoholu lub czystej wody. Dlatego napoje alkoholowe zwykle nie zamrażać w domowej zamrażarce.

Równania depresji i wrzenia w temperaturze zamarzania

Depresję w punkcie zamarzania można obliczyć z równania:

ΔT = iK_fm
gdzie
ΔT = Zmiana temperatury w °C
i = współczynnik van 't Hoffa
K_f= molowa stała depresji punktu krzepnięcia lub stała krioskopowa w °C kg/mol
m = molowość substancji rozpuszczonej w mol substancji rozpuszczonej/kg rozpuszczalnika

Wysokość punktu wrzenia można obliczyć z równania:

ΔT = K_bm

gdzie
K_b= stała ebullioskopowa (0,52°C kg/mol dla wody)
m = molowość substancji rozpuszczonej w mol substancji rozpuszczonej/kg rozpuszczalnika

Trzy kategorie właściwości substancji rozpuszczonych według Ostwalda

Wilhelm Ostwald wprowadził pojęcie właściwości koligatywnych w 1891 roku. W rzeczywistości zaproponował trzy kategorie właściwości substancji rozpuszczonych:

1. Właściwości koligatywne zależą tylko od stężenia i temperatury substancji rozpuszczonej, a nie od charakteru cząstek substancji rozpuszczonej.
2. Właściwości konstytucyjne zależą od struktury molekularnej cząstek substancji rozpuszczonej w roztworze.
3. Właściwości addytywne są sumą wszystkich właściwości cząstek. Właściwości addytywne zależą od wzoru cząsteczkowego substancji rozpuszczonej. Przykładem właściwości addytywnej jest masa.