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
Концентрация H2O, объемные проценты
, 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).

Экспериментальная часть.

Опыт 1. Приготовление насыщенного раствора хлорида натрия.

В пробирку налить 2 мл воды, добавить небольшую порцию хлорида натрия и перемешать. Наблюдается полное растворение соли, т.е. образуется ненасыщенный раствор.

В эту же пробирку добавить вторую порцию соли, перемешать. Отметить, что часть соли не растворилась, а осталась в осадке. Поэтому раствор над осадком является насыщенным.

Опыт 2. Тепловые эффекты при растворении.

Одну треть пробирки заполнить твердым роданидом аммония (NH₄CNS) и добавить столько же воды. Наблюдается сильное охлаждение раствора.

Одну четверть пробирки заполнить твердой щелочью (NaOH) и добавить воду. Наблюдается сильное разогревание раствора.

Какой из этих процессов экзотермический, какой – эндотермический? Почему? Как изменится растворимость соли и щелочи при повышении температуры?

Опыт 3. Изменение окрашивания при растворении.

В пробирку поместить немного кристаллогидрата хлорида кобальта (CoCl₂ ∙5H₂O). Нагреть пробирку на спиртовке до изменения окраски соли. После охлаждения пробирки добавить в нее немного воды. Как изменилась окраска при образовании раствора? Чем объясняется это явление?

Опыт 4. Сравнение температуры плавления чистого льда и льда с солью.

В стаканчик поместить немного измельченного льда, погрузить в него термометр. Определить температуру плавления.

В другой стаканчик поместить немного смеси измельченного льда и соли, погрузить в него термометр. Определить температуру плавления.

Сравнить температуры плавления чистого льда и смеси льда с солью. Сделать вывод о влиянии примесей на температуру плавления льда.

Опыт 5. Наблюдение осмоса.

Пластинку фрукта или овоща немного посолить. Объяснить появление жидкости на поверхности пластинки. Что произойдет, если соль заменить на сахар?

Как изменится объем исходной пластинки, если ее погрузить на некоторое время в дистиллированную воду?

Опыт 6. Сравнительная характеристика электропроводности растворов.

Для наблюдения за электропроводностью растворов применяется установка, состоящая из двух графитовых электродов, которые погружают в исследуемый раствор. В электрической цепи находится лампочка, которая загорается в случае, если исследуемый раствор проводит электрический ток. Т.е. свечение лампочки указывает на то, что растворенное в воде вещество является электролитом. Результаты наблюдений представить в виде таблицы:

Исследуемая жидкость	Наблюдаемые явления	Вывод
Дистиллированная вода
Дистиллированная вода + сахар
Дистиллированная вода + NaCl
Раствор пропанола
Раствор HCl
Раствор NaOH
Морская вода

Написать уравнения диссоциации электролитов.

Опыт 7. Гидролиз солей разного типа.

В три пробирки налить по 2 мл дистиллированной воды, в каждую пробирку опустить кусочек индикаторной бумаги. В первую пробирку добавить немного твердого хлорида натрия, во вторую пробирку – немного твердого карбоната натрия, в третью пробирку – немного сульфата алюминия. Пользуясь шкалой, указанной на упаковке универсального индикатора, определить примерное значение pH каждого раствора. Результаты опыта представить в виде таблицы:

Соль	Окраска индикатора	pH раствора	Реакция среды
NaCl
Na2CO3
Al2(SO4)3

Написать уравнения гидролиза солей.

Опыт 8 . Полный гидролиз солей.

Налить в пробирку 1 мл раствора сульфата алюминия и 1 мл карбоната натрия. Наблюдать выделение пузырьков углекислого газа. Написать уравнение полного гидролиза карбоната алюминия.

Опыт 9. Гидролиз солей. Определение реакции среды растворов солей.

Получить три раствора солей неизвестного состава. Налить в пробирку 1 мл неизвестного раствора, опустить в раствор бумажную полоску универсального индикатора. Пользуясь шкалой, указанной на упаковке универсального индикатора, определить примерное значение pH раствора. Аналогично определить примерное значение pH всех выданных растворов. Результаты опыта представить в виде таблицы:

Номер раствора	Окраска индикатора	pH раствора	Реакция среды	Состав раствора

Написать уравнения гидролиза солей.

Опыт 10. Устойчивость грубодисперсных систем.

1. Приготовление суспензии глины в воде.

Поместить в пробирку немного глины, добавить 2 мл воды. Тщательно перемешать содержимое пробирки. Отметить образование непрозрачной смеси а также ее неустойчивость – довольно быстро глина оседает на дно пробирки.

2. Приготовление эмульсии алкана в воде.

Поместить в пробирку 1 мл гексана и 1 мл воды. Тщательно перемешать содержимое пробирки. Образовался непрозрачный раствор – эмульсия гексана в воде, которая постепенно расслаивается.