5.5.Коллигативные свойства растворов.

Коллигативные свойства растворов - свойства раствора связанные друг с другом и обусловленные общими причинами, главным из которых является число растворенных частиц в растворе.

Добавление растворимого вещества к растворителю влияет на изменение физико-химических свойств не только растворенного вещества, но и самого растворителя. Изменение свойств раство­ренного вещества обусловлено образованием сольватов. Это вы­ражается в изменении цвета, объема и т. п. Основной причиной изменения свойств растворителя является уменьшение концент­рации его свободных молекул. В первую очередь изменяются та­кие свойства, как давление насыщенного пара растворителя, температуры замерзания и кипения раствора, а также осмотичес­кое давление. Перечисленные свойства относятся к коллигативным свойствам растворов.

I закон Рауля

Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворимого вещества.

Математическим выражением закона Рауля является уравнение:

(Р_о – Р)/Р_о = N₂,

где N₂ – мольная доля растворенного вещества;

Р⁰ - давление насыщенного пара растворителя над чистым растворителем;

Р - давление насыщенного пара растворителя над раствором.

Давление насыщенного пара растворителя над раствором всегда ниже, чем, над чистым растворителем (Р⁰>P). Явление понижения давления насыщенного пара над раствором вытекает из принципа Ле Шателье. Представим себе равновесие между жидкостью, например, водой и ее паром. Это равновесие, которому отвечает определенное давление насыщенного пара, можно выразить уравнением

(Н₂О)_жидк  (Н₂О)_пар

Если теперь растворить в воде некоторое количество какого-либо вещества, то концентрация молекул воды в воде понизится и пойдет процесс, увеличивающий ее, - конденсация пара. Новое равновесие установится при более низком давлении насыщенного пара.

Рассмотрим следствия, вытекающие из этого утверждения. На фазовой диаграмме однокомпонентной системы линия О*В* зависимости давления пара растворителя над раствором расположится ниже аналогичной кривой ОВ для чистого растворителя (рис. 5.2).

Отсюда вытекает первое следствие понижения давления насыщенного пара растворителя над раствором:

Раствор всегда кипит при температуре выше температуры кипения чистого растворителя.

Жидкость закипает тогда, когда давление насыщенного пара над ней становится равным внешнему давлению. Из рис. 5.2 вид­но, что температура кипения раствора больше, чем температура кипения чистого растворителя, т. к. давление насыщенного пара растворителя достигает внешнего давления при более высокой температуре.

Рис. 5.2. Зависимость давления насыщенного пара растворителя над раствором и чистым растворителем.

Начало кристаллизации жидкости начинается, когда сравни­ваются давления насыщенных паров над твердой и жидкой фа­зой. На рис. 5.2. видно, что это происходит для раствора при более низкой температуре, чем для чистого растворителя. Следовательно:

Раствор начинает замерзать при более низкой температуре, чем чистый растворитель.

Этим свойством растворов широко пользуются дворники для очистки тротуаров ото льда зимой. Если ко льду добавить соль, то образуется раствор, температура замерзания которого ниже температуры окружающей среды, и лед тает.

Чем выше концентрация раствора, тем давление насыщенно­го пара растворителя над ним будет ниже, и раствор будет заки­пать при более высоких температурах, а замерзать при более низ­ких. Отсюда: