Chemija · Pamoka

Koligatyvinės savybės ir osmosas

Susieti praskiesto tirpalo sudėtį su tirpiklio garų slėgiu, fazinių virsmų temperatūromis ir osmosu. Prieš apskaičiuojant savybę, nurodyti idealumo, dalelių skaičiaus ir membranos prielaidas.

Grįžti į chemijos planą

Baigę pamoką, galėsite

Naudoti molialumą užšalimo temperatūros sumažėjimui idealiuoju atveju nustatyti.
Apibrėžti van’t Hofo koeficiento vaidmenį pagal nurodytą koncentracijos išraišką.
Interpretuoti osmosinį slėgį, kai membrana praleidžia tirpiklį ir sulaiko ištirpusią medžiagą.

Idealiojo tirpiklio savybės priklauso nuo sudėties

Idealiajame tirpale tirpiklio pusiausvyrinis dalinis garų slėgis yra p = x_solvent p*, kur p* – grynojo tirpiklio garų slėgis toje pačioje temperatūroje. Pridėjus nelakaus tirpinio, tirpiklio molinė dalis sumažėja. Šis paprastas sąryšis taikomas tirpikliui; lakus tirpinys gali turėti savo dalinį garų slėgį.

Praskiestuose idealiuosiuose tirpaluose virimo temperatūros padidėjimas ir užšalimo temperatūros sumažėjimas yra apytiksliai proporcingi tirpinio molialumui: ΔT_b = K_b b ir ΔT_f = K_f b, kai neelektrolito dalelės laikomos nepriklausomomis. Tai apytiksliai praskiestiems tirpalams taikomi sąryšiai, kuriems reikia nurodyti tirpiklį ir atitinkamą fazinę elgseną.

Skaičiuokite modeliui tinkamas daleles

Jei skaičiuojant b remiamasi tirpinio, iš kurio susidaro kelių rūšių dalelės, analitiniu medžiagos kiekiu pagal formulinius vienetus, efektyvusis van’t Hofo koeficientas i duoda ΔT_f = iK_f b. Praskiesto tirpalo nepriklausomų jonų ribiniu atveju idealusis NaCl koeficientas yra artimas 2. Molekulinio neelektrolito, kurio dalelės skaičiuojamos kaip molekulės, i yra artimas 1.

Tikrieji koeficientai gali skirtis nuo šių sveikųjų skaičių, nes sąveikos tirpale ir asociacija veikia atsaką. Terminas „koligatyvusis“ nusako nuo sudėties priklausančius sąryšius atitinkamu ribiniu atveju; jis nereiškia, kad tikruosiuose tirpaluose cheminė prigimtis niekada nėra svarbi ar kad esant bet kokiai koncentracijai galioja praskiesto idealiojo tirpalo dėsnis.

Selektyvi membrana keičia, kas gali judėti

Nagrinėkime tą patį tirpiklį toje pačioje temperatūroje abiejose membranos, kuri praleidžia tirpiklį, bet sulaiko nagrinėjamą tirpinį, pusėse. Kai pradinis slėgis abiejose pusėse vienodas, grynasis tirpiklio pernašos srautas gali būti nukreiptas į pusę, kurioje tirpiklio cheminis potencialas mažesnis – paprastai į labiau koncentruotą idealųjį tirpalą. Atskiros tirpiklio molekulės vis tiek juda abiem kryptimis.

Tirpalo osmosinis slėgis grynojo tirpiklio atžvilgiu yra slėgių skirtumas, kuris atsveria polinkį į grynąją tirpiklio pernašą esant nurodytoms membranos sąlygoms. Praskiestam idealiajam neelektrolito tirpalui grynojo tirpiklio atžvilgiu galioja π = cRT, kur c – tirpinio molinė koncentracija, T – absoliučioji temperatūra, o R – molinė dujų konstanta. Dviem praskiestiems idealiesiems tirpalams toje pačioje temperatūroje atitinkamas slėgių skirtumas yra Δπ = RTΔc. Membranos pralaidumas, nuotėkiai ar nevienodi pradiniai slėgiai gali pakeisti fizikinę situaciją.

Skirtingiems sąryšiams reikia skirtingų vardiklių

Užšalimo temperatūros sąryšyje naudojamas molialumas b, kurio vardiklyje yra tirpiklio masė kilogramais. Osmosiniame sąryšyje naudojama molinė koncentracija c, kurios vardiklyje yra galutinis tirpalo tūris. Pakeitus vieną dydį kitu vien todėl, kad abiejuose yra tirpinio medžiagos kiekis, skaičiavimas pasikeičia.

Nurodykite tirpiklį, nelakumą, kai jis būtinas, idealiojo praskiesto tirpalo artinį ir tai, kurios dalelės skaičiuojamos. Apskaičiuotas užšalimo temperatūros sumažėjimas ar osmosinis slėgis yra modelio prognozė šiomis sąlygomis.

Pasirinkite ryšiui tinkamą koncentracijos išraišką

Ryšys	Reikiamas sudėties reiškimo būdas	Nurodyti modelio įvesties duomenys	Apskaičiuotas atsakas
ΔT_f = K_f b	Ištirpusios medžiagos kiekis / kg tirpiklio	Vandens K_f ≈ 1.86 K kg mol⁻¹; b = 0.100 mol kg⁻¹	Užšalimo temperatūros sumažėjimas 0.186 K
π = cRT	Ištirpusios medžiagos kiekis / galutinis tirpalo tūris	c = 0.0100 mol L⁻¹; T = 298.15 K; atskaitos pusėje – grynas tirpiklis	Osmosinis slėgis apytiksliai 24.8 kPa
p = x_solvent p*	Tirpiklio molinė dalis	Ta pati temperatūra; idealusis tirpalas	Tirpiklio garų dalinis slėgis proporcingas x_solvent

Iliustraciniai idealiųjų praskiestų neelektrolitų tirpalų skaičiavimai. Tirpiklis ir sąlygos aiškiai nurodyti; eilutėse aprašomi skirtingi eksperimentai, o ne vienas bendras mėginys.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Apskaičiuokite praskiesto tirpalo užšalimo temperatūros sumažėjimą

Idealiajam praskiestam nelakaus neelektrolito vandeniniam tirpalui naudokite b = 0.100 mol kg⁻¹ tirpiklio ir apytikslę vertę K_f = 1.86 K kg mol⁻¹. Raskite ΔT_f.

Nurodytam nepriklausomų ištirpusios medžiagos molekulių skaičiui naudokite i = 1.
Sudauginkite: ΔT_f = 1 × 1.86 × 0.100.
Vienetai mol ir kg susiprastina, lieka K.

ΔT_f = 0.186 K. Tai prognozuojamas užšalimo temperatūros sumažėjimas, palyginti su gryno tirpiklio užšalimo temperatūra esant tam pačiam slėgiui.

Apskaičiuokite atsveriantį slėgį

Praskiesto idealiojo neelektrolito tirpalo c = 0.0100 mol L⁻¹ ir T = 298.15 K, o palyginamojoje pusėje yra grynas tirpiklis. Membrana praleidžia tirpiklį ir sulaiko ištirpusią medžiagą. Apytiksliai apskaičiuokite tirpalo osmosinį slėgį π gryno tirpiklio atžvilgiu.

Naudokite π = cRT.
Pasirinkite R = 8.314462618… kPa L mol⁻¹ K⁻¹.
π = 0.0100 × 8.314462618… × 298.15 = 24.78957… kPa.

π ≈ 24.8 kPa pagal nurodytą idealųjį modelį ir membranos sąlygas.

Pabandykite patys

Koks vardiklis priklauso dydžiui b formulėje ΔT_f = K_f b?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Tirpiklio kilogramai.
Tai molialumas, o ne medžiagos kiekis galutinio tirpalo litre.
Praskiesto NaCl tirpalo ribiniu atveju, kai jonai laikomi nepriklausomais, koks idealusis dalelių skaičiaus daugiklis atitinka vieną analitinį formulinį vienetą?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
2.
Vienas Na⁺ ir vienas Cl⁻ sudaro dvi idealias, nepriklausomai veikiančias daleles.
Ką modelinė membrana turi praleisti ir sulaikyti nurodytu osmoso atveju?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Praleisti tirpiklį ir sulaikyti atitinkamą ištirpusią medžiagą.
Jei ištirpusi medžiaga laisvai pereina per membraną, numatytos osmoso sąlygos pasikeičia.
Ar formulėje p = x_solvent p* dydis p reiškia tirpiklio parcialinį slėgį, ar savaime visų garų slėgį?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Tirpiklio parcialinį slėgį.
Lakus antrasis komponentas taip pat gali prisidėti prie bendrojo slėgio.

Ką verta įsidėmėti

Nurodykite idealiojo praskiesto tirpalo prielaidas ir dalelių skaičių.
Užšalimo temperatūros sumažėjimui apskaičiuoti naudojama molialinė koncentracija, o osmosiniam slėgiui – medžiagos kiekio koncentracija.
Atrankiosios membranos pralaidumas yra modelio dalis.
Sąveikos realiuosiuose tirpaluose gali pakeisti idealiuosius dalelių skaičiaus koeficientus.

Šaltiniai

Mokomoji medžiaga ir žinynai, kuriais remiasi pamokos paaiškinimai ir pavyzdžiai.