8.Коллигативные (общие) свойства растворов

При образовании раствора изменяются не только свойства растворенного вещества, но и растворителя. Изменение цвета и объема раствора зависят от природы растворенного вещества, а изменение температур кипения и замерзания раствора, его осмотическое давление зависят только от природы растворителя и концентрации растворенного вещества. Такие свойства растворов называются коллигативными.

Для разбавленных растворов неэлектролитов справедлив закон Рауля: повышение температуры кипения раствора и понижение температуры замерзания раствора прямо пропорциональны моляльной концентрации растворенного вещества.

где (повышение температуры кипения раствора по сравнению с чистым растворителем);

(понижение температуры замерзания раствора по сравнению с чистым растворителем);

- эбуллиоскопическая постоянная растворителя;

- криоскопическая постоянная растворителя;

- моляльная концентрация, моль/кг.

Эбуллиоскопическая постоянная показывает, на сколько градусов повышается температура кипения раствора, концентрация которого 1 моль/кг, по сравнению с чистым растворителем. Криоскопическая постоянная показывает, на сколько градусов понижается температура замерзания раствора, концентрация которого 1 моль/кг, по сравнению с чистым растворителем.

Для воды =0,52 , =1,86. Водные растворы кипят при температуре больше 100⁰C,а замерзают при температуре меньше 0⁰C.

Изменение температуры замерзания растворов находит практическое применение для приготовления антифризов – растворов с пониженной температурой замерзания. Наибольшее распространение имеют антифризы на основе этиленгликоля – двухатомного спирта C₂H₄(OH)₂. Этиленгликоль – ядовитая жидкость без цвета и запаха,смешивается с водой в любых соотношениях, образуя раствор неэлектролита. Зависимость температуры замерзания антифриза от его состава представлена в таблице 4.

Таблица 4. Зависимость температуры замерзания антифриза от его состава.

Концентрация C2H4(OH)2, объемные проценты	20	50	70
Концентрация H2O, объемные проценты	80	50	30
, 0C	-8	-34	-68

Осмос – это односторонняя диффузия растворителя через полупроницаемую мембрану, отверстия которой обладают более высокой проницаемостью для чистого растворителя. При осмосе растворитель переходит из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией. Давление, которое нужно приложить к раствору для прекращения осмоса из чистого растворителя в раствор, называется осмотическим давлением. Осмотическое давление разбавленных растворов неэлектролитов описывает закон Вант-Гоффа:

где - осмотическое давление раствора, кПа;

- универсальная газовая постоянная ( Дж/моль К);

- температура раствора, измеренная в К;

- молярная концентрация, моль/л.

Таким образом, чем больше концентрация растворенного вещества, тем больше его осмотическое давление.

Если к раствору приложить давление, большее осмотического, направление движения растворителя через отверстия мембраны изменится, и он выйдет из раствора. Это – обратный осмос, который позволяет получать пресную воду из моленой воды.

Явление осмоса играет очень важную роль в живой природе. Оболочки клеток представляют собой мембраны, легко проницаемые для воды, но почти непроницаемые для веществ, растворенных во внутриклеточной жидкости. Проникая в клетки, вода создает в них избыточное давление, которое поддерживает оболочки клеток в напряженном состоянии. Вот почему травянистые стебли, листья, лепестки цветов обладают упругостью. Если срезать растение, то вследствие испарения воды объем внутриклеточной жидкости уменьшается, растение вянет. Но если начавшее вянуть растение поставить в воду, начнется осмос, оболочки клеток снова напрягаются и растение принимает прежний вид. Осмос является также одной из причин, обусловливающих поднятие воды по стеблю растения.

Коллигативные свойства растворов электролитов не подчиняются законам Рауля и Вант-Гоффа, так как диссоциация электролита приводит к тому, что общее число частиц растворенного вещества в растворе возрастает по сравнению с раствором неэлектролита той же концентрации. Число частиц в растворе электролита учитывают, вводя изотонический коэффициент ( ). Таким образом, для растворов электролитов законы, описывающие коллигативные свойства, имеют вид:

Коллигативные свойства растворов неэлектролитов используют для экспериментального определения молярной массы растворенного вещества (Приложение 7).