Повышение температуры кипения раствора по сравнению с чистым растворителем
Жидкость может испаряться с поверхности при любой температуре (Т). А Ткипения - это Т, при которой стабильны пузырьки пара внутри жидкости, т.е. при которой давление насыщенного пара равно внешнему давлению (известно, что в горах вода кипит ниже 100°С). Если давление насыщенного пара над раствором меньше, чем над растворителем, то, чтобы довести его до атмосферного, требуется более высокая Т, т.е. Ткипения раствора выше. Рауль установил, что для разбавленных растворов неэлектролитов повышение температуры кипения пропорционально концентрации раствора:
ΔТкип. = ЭТ· Сm,
где ΔТкип. – повышение температуры кипения раствора по сравнению с температурой кипения чистого растворителя, Сm – моляльная концентрация раствора, ЭТ – эбулиоскопическая постоянная, зависящая только от природы растворителя, но не зависящая от природы растворенного вещества. Для воды ЭТ равна 0,52.
Это рассуждение основано на предположении, что растворенное вещество нелетуче (водные растворы солей, гидроксидов, сахаров, глицерина и т.п.). Если же растворенное вещество летуче, оно вносит свой вклад в давление пара над раствором. Парциальное давление пара растворителя по-прежнему понижается, а суммарное давление пара может и повыситься. Растворение нелетучего вещества повышает Ткипения, а растворение летучего - не всегда.
Понижение температуры замерзания раствора по сравнению с чистым растворителем
Температура замерзания (кристаллизации, плавления) - это Т, при которой жидкость находится в равновесии с собственными кристаллами. Выше этой Т кристаллы нестабильны и плавятся, ниже - жидкость нестабильна и кристаллизуется (хотя в отсутствие зародышей кристаллизация переохлажденной жидкости может задержаться).
С увеличением концентрации растворенных веществ температура начала кристаллизации жидкого раствора понижается при условии, что кристаллизуется чистый растворитель.
ΔТзам. = КТ. Сm,
где ΔТзам. – понижение температуры замерзания раствора по сравнению с температурой замерзания чистого растворителя, Сm – моляльная концентрация раствора, КТ – криоскопическая постоянная, зависящая только от природы растворителя, но не зависящая от природы растворенного вещества. Для воды ЭТ равна 1,86
Мы изучили три метода исследования растворов: определение давления насыщенного пара, криоскопический и эбулиоскопический. Среди других методов изучения растворов очень интересен метод осмотического давления.
Осмотическое давление
Растворенное вещество по своему поведению во многих отношениях похоже на газ. Так, растворенное вещество, как и газ, стремится равномерно распределиться по всему объему раствора. Если неокрашенный растворитель привести в соприкосновение с окрашенным раствором (окраска вещества для удобства наблюдения), то вы увидите, что оно (растворенное вещество) проникает в неокрашенную жидкость (растворитель). Происходит диффузия – переход молекул растворенного вещества через поверхность раздела в растворитель и одновременно молекул растворителя в раствор. Такая встречная, двухсторонняя диффузия растворенного вещества и растворителя продолжается до тех пор, пока система не придет в состояние равновесия или пока энтропия системы не станет максимальной.
Можно сделать диффузию односторонней, разделив некоторый раствор и растворитель полупроницаемой перегородкой (мембраной), проницаемой для молекул растворителя и непроницаемой для молекул растворенного вещества.
Если сосуд разделить полупроницаемой перегородкой на две частии (А и В) и одну часть (А) наполнить водой, а вторую (В) - водным раствором какого-либо вещества, то вода будет проходить из части А в часть В (рис. 1.1).
Рис.1.1.