I семестр. Коллигативные свойства растворов

I семестр. Коллигативные свойства растворов

Некоторые физические свойства разбавленных растворов зависят от числа растворённых частиц в растворе, а не от химического состава. Поскольку такие свойства обусловлены коллективным влиянием растворённых частиц, то их принято называть коллигативными – от латинского colligatus, что означает собирать. К числу коллигативных свойств относится понижение давления паров над раствором, повышение температуры кипения растворов, уменьшение температуры их замерзания и, наконец, осмотическое давление. Рассмотрим эти свойства.

Кипение и замерзание растворов

Вместе с понижением давления пара изменяются также температуры кипения и замерзания растворов. Растворы кипят при более высокой температуре, а замерзают при более низкой, по сравнению с соответствующими растворителями.

Известно, что при кипении давление пара жидкости становится равным внешнему давлению. Очевидно, поэтому, из-за понижения давления пара раствора последний должен быть нагрет до более высокой температуры, чем растворитель, чтобы давление его пара достигло внешнего давления и раствор мог закипеть. См. рис. ПЕТР. Стр.195, рис. 47

РИСУНОК

На диаграмме приведена взаимосвязь между упомянутыми величинами применительно к воде и её растворам. Точка А диаграммы отвечает давлению пара воды и льда при 0⁰С, кривая АВ – изменению давления пара воды в интервале от 0 до 100⁰С, отрезок АС – изменению давления пара льда при понижении температуры ниже нуля, а кривая А₁В₁ – изменению давления пара раствора от температуры замерзания до температуры кипения. При каждой данной температуре давление пара раствора меньше давления пара растворителя, поэтому все точки кривой А₁В₁ располагаются ниже соответствующих точек кривой АВ. Диаграмма наглядно показывает, что давление пара раствора при 100⁰С продолжает оставаться меньше внешнего атмосферного давления (точка D), поэтому раствор не закипает. Давление достигает атмосферного лишь в точке В₁, т.е. при некоторой более высокой температуре (100 + ∆t_кип)⁰С, которая и является температурой кипения раствора. Из диаграммы видно, что для выделения кристаллов льда из раствора последний должен быть охлаждён до некоторой температуры ∆t_зам, лежащей ниже температуры замерзания воды. Тогда раствор и лёд имеют одинаковое давление пара и, следовательно, могут находиться в равновесии друг с другом (точка А). Таким образом, пределы жидкого состояния раствора расширены по сравнению с чистым растворителем на число градусов, равное сумме повышения температуры кипения ∆t_кип и понижения его температуры замерзания ∆t_зам.

Значения величин ∆t_кип и ∆t_зам пропорциональны моляльностираствора. (напомним, что моляльность – это число молей растворённого вещества в 1000 г растворителя).

∆t_зам = Кm

∆t_кип = Em.

Эти соотношения в учебной литературе часто называют вторым законом Рауля, который формулируется так:

Повышение температуры кипения ∆t_кип или понижение температуры замерзания (кристаллизации) ∆t_зам растворов по сравнению с чистым растворителем прямо пропорционально моляльности раствора

Эбуллиоскопические и криоскопические константы растворителя определяют, исходя из экспериментальных данных по ∆t_кип и ∆t_зам для растворов с заранее известной моляльной концентрацией.

Таблица №

Осмос и клетки растений

Для иллюстрации роли осмоса в природе рассмотрим механизм поступления воды и минеральных солей в ствол дерева. Клетки корневой системы растений находятся в почве и соприкасаются с почвенной жидкостью. Содержание солей в ней обычно меньше, чем в соке клеток корневой системы (вернее, почвенная влага имеет меньшее осмотическое давление). Такие растворы называют гипотоническими. Из гипотонического раствора за счёт осмоса вода засасывается в первые клетки растений, разбавляя в них клеточный сок, который становится гипотоническим по отношению к соку в следующих клетках, расположенных выше, и поэтому вода переходит в эти клетки и т.д. Таким образом, от клетки к клетке вода подаётся по стволу дерева и может подниматься на многие десятки метров.

Осмосом легко объясняется плохое произрастание растений на засолённых почвах. На солончаках вблизи моря (или солёных озёр) почва имеет высокую влажность и содержит вполне достаточное количество необходимых для жизни растений минеральных солей. Однако, если осмотическое давление почвенной жидкости выше осмотического давления клеточного сока, эта жидкость становится недоступной для растений. Осмос в этом случае идёт в обратном направлении: вода переходит из клеточного сока в почвенную жидкость. Такой переход воды из клеточного сока в почвенную жидкость называется экзоосмосом. А переход воды из из почвенной жидкости в клетку называют эндоосмосом. Вследствие экзоосмоса на солончаках растения погибают, так как почва «высасывает» из них влагу.

Осмосом объясняется также упругость тканей живых растений и животных, или так называемый тургор.

I семестр. Коллигативные свойства растворов

Некоторые физические свойства разбавленных растворов зависят от числа растворённых частиц в растворе, а не от химического состава. Поскольку такие свойства обусловлены коллективным влиянием растворённых частиц, то их принято называть коллигативными – от латинского colligatus, что означает собирать. К числу коллигативных свойств относится понижение давления паров над раствором, повышение температуры кипения растворов, уменьшение температуры их замерзания и, наконец, осмотическое давление. Рассмотрим эти свойства.