Осмос. Осмотическое давление, закон Вант-Гоффа.

Осмос - односторонняя самопроизвольная диффузия молекул растворителя через полупроницаемую мембрану из раствора с низкой концентрацией в раствор с более высокой концентрацией.

Осмотическое давление р_осм. – внутреннее давление растворенного вещества, численно равное тому внешнему давлению, которое нужно приложить, чтобы прекратить явление осмоса:

С_М – молярная концентрация раствора, моль/л

R = 8,31 Дж/моль·К, универсальная газовая постоянная

Т- температура, К.

Данные законы справедливы для идеальных растворов или растворов неэлектролитов, в растворах электролитов следует учесть диссоциацию молекул на ионы, т.к. для них не выполняются законы Рауля и Вант-Гоффа.

Для учета этих отклонений Вант-Гофф внес в уравнения поправку для растворов электролитов:

i – изотонический коэфициэнт.

Изотонический коэффициэнт, как поправку вводят в уравнения свойств растворов. Изотонический коэффициент для растворов электролитов всегда больше единицы, причем с разбавлением раствора i возрастает до некоторого целочисленного значения.

Степень диссоциации – отношение числа молекул, распавшихся на ионы, к общему числу молекул:

α – степень диссоциации

N – число молекул, распавшихся на ионы, N₀ – общее число молекул

n – число ионов, на сколько диссоциирует молекула. Например для реакции:

CaCl₂ → Ca²⁺ + 2Cl¯, n=3.

Примеры решения задач.

1. Вычислите понижение температуры замерзания раствора, если в 200 г бензола растворили 15 г гексана (C₆H₁₄), криоскопическая постоянная бензола - К_кр =5,07 К·кг/моль.

Дано: mрастворителя=200г (C6H6) mр. в-ва=15г (C6H14) Mр. в-ва =86г/моль (C6H14) Ккр =5,07 К·кг/моль(C6H6) Δt - ?

Решение:

Аналогично решаются задачи на вычисление повышения температуры кипения и вычисления молярной массы растворенного вещества.

2. Вычислите осмотическое давление раствора при температуре 20ºC, если в 1 литре раствора содержится 50 г глюкозы (C₆H₁₂О₆).

Дано: Vраствора=1л = 1·10-3 м3 mр. в-ва=50г (C6H12О6) Mр. в-ва =180г/моль (C6H12О6) t = 20ºC; 293 К R = 8,31 Дж/моль·К росм. -?

Решение: ;

3. При растворении в 600 г воды 20 г хлорида кальция экспериментальное значение понижения температуры замерзания раствора составило 1,3^оC, криоскопическая постоянная воды – К_кр =1,86 К·кг/моль. Вычислить степень диссоциации хлорида кальция.

Дано: mрастворителя=600г mр. в-ва=20г (CaCl2) Mр. в-ва =112г/моль (CaCl2) Ккр =1,86К·кг/моль(H2O) Δtзам. (экспер.)=1,3ºC α - ?	Решение: Найдем теоретическое значение температуры замерзания раствора:
Изотонический коэффициент равен: ; n =3 (число ионов, образующихся при диссоциации молекулы хлорида кальция). Степень диссоциации равна:

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Задание выполняется на установке, которая представлена на рисунке 1.

В кристаллизаторе 1 приготовьте охлаждающую смесь, состоящую из снега и поваренной соли: 3-5 чайных ложек соли на 5-8 ложек снега.

В стакан 3 налейте 5 -6 мл дистиллированной воды и поместите его в охлаждающую смесь.

Помешивая воду термометром (осторожно, чтобы не разбить термометр), определите температуру замерзания воды. Температурой замерзания считать ту, которую покажет термометр после появления первого кристаллика льда в замораживаемой жидкости.

Аналогично определите температуру замерзания 1 и 2 раствора выданной преподавателем соли. Результаты запишите в таблицу 1.

Рис. 1. Схема установки для определения температуры замерзания:

1 - термометр; 2 - стакан с водой или раствором; 3 - охлаждающая смесь.

Таблица 1

Система	tзам	Δtзам	Изотонический коэффициент i	Степень диссоциации α
H2O		-	-	-
С1, моляльный раствор
С2, моляльный раствор

Рассчитайте изотонический коэффициент i. используя формулу

Δt_зам = i∙K∙C_m ,

Δt_зам = t_{зам( р-ля)} - t_{зам( р-ра)}

K- криоскопическая константа растворителя, К(H₂O)=1,86

C_m- моляльность раствора

По полученным данным рассчитайте степень диссоциации раствора KCl в воде по формуле: α =

n – число ионов, на которые распадается данная молекула.

Постройте график зависимости температуры замерзания раствора от концентрации растворенной соли.

Сделайте выводы:

1. Сравните температуру замерзания растворителя и растворов, сравните температуру замерзания двух растворов разной концентрации;

2. Сравните степени диссоциации двух растворов разной концентрации.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Вычислить понижение температуры замерзания раствора, если в 550 г бензола растворили 60 г гексана (C₆H₁₄), криоскопическая постоянная бензола - К_кр =5,07 К·кг/моль.

2. Вычислить повышение температуры кипения раствора, если в 320 г воды растворить 15 г этанола (C₂H₅OН), эбулиоскопическая постоянная воды –К_эб= 0,52 К·кг/моль.

3. Вычислить молярную массу этанола, если при растворении в 550 г воды 65 г этанола понижение температуры замерзания раствора составило 4,78ºC, криоскопическая постоянная воды - К_кр=1,86 К·кг/моль.

4. Вычислить осмотическое давление раствора при температуре 26ºC, если в 1 литре раствора содержится 140 г глюкозы.

5. При растворении в 850 г воды 25 г сульфата марганца экспериментальное значение повышения температуры кипения раствора составило 0,18ºC, эбулиоскопическая постоянная воды – К_эб =0,52 К·кг/моль. Вычислить степень диссоциации сульфата марганца.

Лабораторная работа № 3