1. Общие свойства растворов

Существуют газовые, жидкие и твердые растворы. Напомним, что растворителем называют компонент раствора, сохраняющий свое фазовое состояние при образовании раствора. Если все компоненты раствора до перемешивания находятся в одинаковой фазе, растворителем называют тот компонент, который содержится в наибольшем количестве; остальные компоненты раствора называют растворенными веществами. Наиболее распространены жидкие растворы, и именно на этом типе растворов мы сосредоточим наше внимание.

Растворы – однородная многокомпонентная система, состоящая из растворителя, растворенных веществ и продуктов их взаимо-действия.

Давление пара в состоянии равновесия называется давлением насыщенного пара. При данной температуре давление насыщенного пара над каждой жидкостью есть величина постоянная.

Первый закон Рауля. Понижение давления насыщенного пара растворителя А над раствором ΔP_А пропорционально молярной доле растворенного нелетучего вещества Х_В:

Р^о_А – Р_А = ΔP_А = Р^о_А Х_В,

где Р^о_А, Р_А – давления насыщенного пара растворителя, соответственно, над чистым растворителем и над раствором; ΔP_А – понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором по сравнению с чистым растворителем.

Второй закон Рауля определяет, чему равно изменение температуры кипения и замерзания растворов. Изменение температуры кипения и замерзания растворов пропорционально моляльной концентрации растворов:

Δt⁰кипения = К_э С_m;

Δt⁰замерзания = К_к С_m.

Рассмотрим коэффициенты пропорциональности К_э – эбуллиоскопическая константа; Кк – криоскопическая константа.

Физический смысл этих констант заключается в том, что при концентрации раствора, равной 1 моль/кг, данные константы равны изменению температуры кипения или замерзания данного раствора.

Второй закон Рауля можно также записать в виде выражения

Δt = K C_m = K 1 000 m_в-ва / M_в-ва m_р-ля

Изменение температуры кипения и замерзания растворов зависят от природы растворителя и концентрации раствора.

Самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую мембрану, разделяющую раствор и растворитель или два раствора с различной концентрацией растворенного вещества, называется осмосом. Количественно осмос характеризуется осмотическим давлением, равным силе, приходящейся на единицу площади поверхности, и заставляющей молекулы растворителя проникать через полупроницаемую перегородку.

Осмотическое давление возрастает с увеличением концентрации растворенного вещества и температуры. Это следует из уравнения Вант-Гоффа:

π = СRТ,

где π – осмотическое давление, С – молярная концентрация раствора, Т – температура (К).

Примеры решения задач

Задача 1. Молярная масса неэлектролита, 60 г которого в 1 000 г воды, кипит при 101,04 ^оС, (К_э(Н2О) = 0,52 град·кг/моль) равна _______ г/моль.

Решение

Согласно закону эбулиоскопии (Рауля),

Δt_кип. = K_э(Н2О) 1 000 m_в-ва / M_в-ва m_р-ля ,

молярная масса неэлектролита будет равна:

M_в-ва = K_э(Н2О) m_в-ва / Δt _кип m_р-ля = 0,52·1/1,04·60 = 30 г/моль.

Задача 2. Температура замерзания раствора, содержащего 6,4 г метилового спирта в 400 г воды, составляет

____ ^оС (K_к(Н2О) = 1,86 град·кг/моль)

Решение

Согласно закону криоскопии (Рауля),

Δt _зам. = K_К(Н2О) ·1 000 ·m_в-ва / M_в-ва·m_р-ля = 1,86·6,4/32·0,4 = 0,93ºС.

Так как Δt_зам. = t⁰– t, то t = t⁰ – Δt _зам. = 0 – 0,93 = – 0,93 ^оС, то, следовательно, температура замерзания данного раствора равна – 0,93 ^оС.

Задача 3. Определите осмотическое давление раствора глицерина с молярной концентрацией 1, 112 моль/л при t = 15 ^оС.

Решение

Переведем температуру в градусы Кельвина (288). Определяем осмотическое давление по уравнению:

π = СRТ,

подставим численные значения и получим

π = 1,112·8,314·288 = 26,62·10⁵ Па или 2662 КПа.