Материал: Изучение природы растворов и их взаимодействий в химических реакциях

Давление пара растворов

При данной температуре давление насыщенного пара над каждой жидкостью – величина постоянная. Опыт показывает, что при растворении в жидкости какого-либо из веществ давление насыщенного пара этой жидкости понижается, т.е. давление насыщенного пара растворителя над раствором всегда ниже, чем над чистым растворителем при той же температуре.

В 1881 году французский физик Рауль, изучая растворы различных нелетучих веществ, установил закон, связывающий понижение давления над разбавленными растворами неэлектролитов с концентрацией:

«Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворённого вещества»

,

где – давление насыщенного пара над чистым растворителем, – давление насыщенного пара растворителя над раствором, – мольная доля растворённого вещества. Из приведенного уравнения следует, что с увеличением содержания нелетучего растворенного вещества давление пара растворителя уменьшается. Из закона Рауля возникает два следствия:

1. Температура кипения раствора выше, чем температура кипения растворителя

.

2. Температура кристаллизации (замерзания) раствора ниже температуры кристаллизации чистого растворителя

,

где – эбуллиоскопическая константа,

– криоскопическая константа,

– моляльность,

– повышение или понижение температуры кипения или кристаллизации раствора ( – температура кипения или кристаллизации чистого растворителя, – раствора).

В разбавленном растворе нелетучего неэлектролита выкипает растворенного вещества (при кипении) или кристаллизуется (при замерзании) только растворитель, вследствие чего концентрация раствора в ходе кипения или кристаллизации возрастает, что и приводит к ещё большему повышению температуры кипения (так как условием кипения жидкости является равенство давления насыщенного пара раствора атмосферному), что достигается при более высокой температуре, или снижением температуры кристаллизации (замерзания).

Следует отметить, что константы и зависят только от природы растворителя.

Из уравнений и можно определить молярную массу растворенного вещества. Если известна моляльность , экспериментально найдена величина (повышение температуры кипения или понижение температуры кристаллизации)

,

где и – массы растворителя и расворенного вещества, или .

Для воды ,

Осмотическое давление

Процесс перемещения веществ, приводящий к выравниванию их концентрации, обусловленный тепловым движением частиц, называется диффузией.

Рассмотрим диффузию между раствором и растворителем или двумя растворами различной концентрации, разделёнными полупроницаемой перегородкой, проницаемой для молекул растворителя и задерживающей частицы растворенного вещества.

Диффузия молекул растворителя через полупроницаемую перегородку (мембрану) называется осмосом.

h

H₂O

Давление, которое нужно приложить к раствору и достаточное, чтобы растворитель не проникал в раствор, называется осмотическим.

Осмотическое давление равно тому давлению, которое бы производило растворенное вещество, если бы оно в виде идеального газа занимало тот же объем, что и в растворе при той же температуре

( )

Раствор поднимается по трубке до тех пор, пока число молекул растворителя, диффундирующих во взаимопротивоположных направлениях, не станет одинаковым.

Осмотическое давление, осмос, имеет большое значение в процессах жизнедеятельности различных организмов, определяя распределение растворенного вещества и воды в тканях.

При уменьшении в организме воды возникает чувство жажды, утоление которой восстанавливает водно-солевое равновесие и осмотическое давление крови.

От осмотического давления зависит всасывающая сила клетки, достигая при 6 % влажности окружающей среды (400 атм), чтобы обеспечить необходимое для прорастания поглощение воды из сравнительно сухой почвы.

Гиперфильтрация – обратный осмос – это движение растворителя через полупроницаемую перегородку от более концентрированного раствора к менее концентрированному под действием специально создаваемого давления, превышающим осмотическое давление обоих растворов (используется для очистки сточных вод, опреснения воды).

Растворы с одинаковым осмотическим давлением называются изотоническими.

Если осмотическое давление выше внутриклеточного, оно называется гипертоническим, если ниже внутриклеточного – гипотоническим.

Среднее осмотическое давление крови при 36°С равно 780 кПа.

Образцы решения задач

Пример. Вычислите: а) процентную по массе (С %); б) молярную (С_М); в) нормальную (С_Но); г) моляльную (С_т) концентрации раствора H₃PO₄, полученного при растворении 18 г кислоты в 282 см³ воды, если плотность раствора 1.031 г/см³. Чему равен титр этого раствора? Чему равна мольная доля H₃PO₄?

Решение. а) Массовая процентная концентрация (С %) показывает число граммов вещества, содержащегося в 100 г раствора. Так как массу 282 см³ воды можно, принять равной 282 г, то масса полученного раствора 18+282 = 300 (г) и, следовательно, можно составить пропорцию

С % H₃PO₄ - 100 г раствора ,

18 г H₃PO₄ - 300 г раствора ,

;

6) молярносгь (С_М) показывает число грамм-молекул (молей) растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора. Масса 1 л раствора равна 1.031·1000 = 1031 г. Массу кислоты в титре раствора находим из пропорции

18 г H₃PO₄ - 300 г раствора ,

х - 1031 г раствора ,

H₃PO_{4 .}

Молярность раствора получим делением числа: граммов H₃PO₄ в 1 л раствора на молекулярную массу H₃PO₄:

,

или все можно представить в виде одной пропорции

С_М - 1000 мл раствора,

;

;

в) нормальность (С_Н) показывает число г-экв растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора.

Так как 1 г-экв , то

,

или все в одной пропорции

С_Н - 1000 мл раствора,

;

;

г) моляльность (С_М) показывает число грамм-молекул (молей) растворенного вещества, содержащихся в 1000 г растворителя. Составляем пропорцию:

С_т - 1000 г растворителя ,

;

.

Титр раствора определяется количеством граммов растворенного вещества в 1 мл раствора. Так как 1 л раствора содержит 61.86 г фосфорной кислоты, то

.

Мольная доля растворенного вещества определяется отношением числа молей растворенного вещества к сумме числа молей растворителя и растворенного вещества:

.

Количество молей растворенного вещества H₃PO₄ составляет

.

Количество молей растворителя, т.е. воды, составляет

,

где 18 — это молекулярная масса воды. Следовательно, мольная доля растворенного вещества равна

Пример. На сколько градусов повысится температура кипения воды, если в 100 г воды растворить 9 г глюкозы C₆H₁₂O₆?

Решение. ; количества растворенного вещества ; ;

– г растворителя

– 100 г растворителя

0.5 моль

0.52·0.5 = 0.26° .

Пример. При 25°С осмотическое давление некоторого водного раствора равно 1.24 Мпа. Вычислить осмотическое давление при 0°С.

Решение. ; ;