10. Разбавленные растворы неэлектролитов
В начале XIX в. английский ученый Майкл Фарадей, изучая особенности водных растворов солей, кислот и оснований проводить электрический ток, пришел к заключению, что вещества можно разделить на электролиты и неэлектролиты.
Неэлектролитами называются вещества, растворы которых не проводят электрический ток. Примерами неэлектролитов являются водные растворы органических веществ (сахара, глюкозы, мочевины). Разбавленные растворы неэлектролитов проявляют ряд общих свойства, количественное выражение которых зависят только от концентрации и не зависит от природы растворенных веществ.
Осмос
Односторонняя диффузия молекул растворителя через полупроницаемую перегородку называется осмосом. Сила, обусловливающая осмос, называется осмотическим давлением. Величина осмотического давления зависит от концентрации раствора и его температуры, но не зависит ни от природы растворенного вещества, ни от природы растворителя. Зависимость осмотического давления от температуры и концентрации раствора выражается уравнением Вант-Гоффа:
π = cB RT,
где π – осмотическое давление раствора, кПа; сВ – его молярная концентрация,
моль/л; R – универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/(моль ∙ К); T – абсолютная температура раствора.
Давление пара растворов. Закон Рауля
При данной температуре давление насыщенного пара над жидкостью – величина постоянная. Опыт показывает, что при растворении в жидкости какого-либо вещества давление насыщенного пара над жидкостью понижается.
В разбавленных растворах неэлектролитов при постоянной температуре относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно молярной доле растворенного вещества (закон Рауля):
,
где р0 – давление насыщенного пара над чистым растворителем; р – давление пара над раствором; nB – количество растворенного вещества; nS – количество растворителя.
Замерзание и кипение растворов
Любая жидкость закипает, когда давление ее пара становится равным атмосферному давлению. Так как, согласно закону Рауля, давление пара над раствором ниже давления пера над чистым растворителем, то для того, чтобы раствор закипел, его надо нагреть до более высокой температуры, чем растворитель.
Замерзает раствор тогда, когда давление насыщенного пара его становится равным давлению насыщенного пара твердого растворителя (льда).
Таким образом, раствор кипит при более высокой температуре, а замерзает при более низкой температуре, чем чистый растворитель.
Повышение температуры кипения (ΔТкип) и понижение температуры замерзания (∆Тзам) раствора прямо пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества (следствие закона Рауля):
∆Тзам = КТ ∙ сm(B); ∆Ткип = ЭТ ∙ cm(B),
где ∆Тзам – понижение температуры замерзания; ∆Ткип – повышение температуры кипения; КТ - криоскопическая константа; ЭТ – эбулиоскопическая константа; cm(B) – моляльная концентрация раствора. Заменив в уравнениях cm(B) его выражением по формуле для моляльной концентрации получим:
∆Тзам
=
;
∆Ткип
=
