Колігативні властивості розчинів

Властивості розбавлених розчинів, які залежать тільки від кількості нелеткої розчиненої речовини, називаються колігативними властивостями. До них належать зниження тиску пари розчинника над розчином, підвищення температури кипіння та зниження температури замерзання, а також осмотичний тиск.

Осмотичний тиск π в розбавлених розчинах неелектролітів обчислюють за рівнянням Вант-Гоффа: π = С_MRT, де С_M – молярна концентрація розчину.

Зниження тиску пари розчинника над розчином, р (закон Рауля):

p₁ = x₁p₀: Δp = p₀ – p₁ = x₂p₀ = p₀

Зниження температури замерзання і підвищення температури кипіння розчинів неелектролітів відносно чистого розчинника:

ΔT_зам = T_зам(розчинника) – T_зам(розчину) = K_крC_m

ΔT_кип = T_кип(розчину) – T_кип(розчинника) = K_ЕC_m,

де К_кр – кріоскопічна стала розчинника, К_Е – ебуліоскопічна стала розчинника, С_m – моляльна концентрація розчину.

Для розчинів електролітів в рівняння, що описують колігативні властивості неелектролітів, вводять поправочний (ізотермічний) коефіцієнт Вант-Гоффа (і):

π = iC_МRT; ΔT_зам = iK_крC_m; ΔT_кип = iK_ЕC_m.

Приклад 1. В 1 кг води розчинено 55 г сульфатної кислоти. Густина розчину дорівнює 1,220 г/мл. Знайти: а) масову частку сульфатної кислоти у розчині; б) молярну концентрацію кислоти; в) моляльну концентрацію кислоти; г) молярну концентрацію еквівалентів кислоти (нормальність); д) молярну частку кислоти у розчині.

Розв’язання

а) Масову частку знаходимо за формулою: ω , = + .

ω . Обчислюємо: ω .

б) Молярну концентрацію кислоти знаходимо за формулою: ;  ;

; звідси ;

;

в) Моляльну концентрацію кислоти знаходимо за формулою:

; в 1000 .

г) Молярну концентрацію еквівалентів кислоти знаходимо за формулою:

;

моль/л.

д) Молярну долю кислоти у розчині знаходимо за формулою:

;

Відповідь: а) 5,2 %; б) 0,65 моль/л; в) 0,56 моль/л; г) 1,5 моль/л; д) 1 %.

*1000 – переведення мілілітрів у літри

** .

Контрольні питання і задачі

1. Що називається розчином?

2. Наведіть способи вираження концентрації розчинів.

3. Які властивості розчинів називаються колігативними?

4. Знайдіть масову частку глюкози в розчині, що містить 280 г води і 40 г глюкози. (12,5 %)

5. Визначте маси натрій тіосульфату Na₂S₂O₃ та води, які необхідні для приготування 300 г розчину з масовою часткою натрій тіосульфату 5 %. (15 г; 285 г)

6. Визначте масову частку оцтової кислоти в розчині, який утвориться при змішуванні 120 г її розчину з масовою часткою 10 % та 40 г розчину з масовою часткою 90 %. (30 %)

7. Визначте молярну концентрацію, молярну концентрацію еквівалентів розчину натрій гідроксиду з масовою часткою 36 %, густина якого дорівнює 1,39 г/см³. (12,5 моль/л; 12,5 моль/л)

8. Обчисліть молярну концентрацію, молярну концентрацію еквівалентів і моляльність розчину сульфатної кислоти з масовою часткою Н₂SO₄ 20 %, густина розчину 1,14 г/мл. (2,33 моль/л; 4,6 моль/л; 2,55 моль/кг)

9. Визначте молярну концентрацію, молярну концентрацію еквівалентів сульфатної кислоти з масовою часткою 96 %, густина розчину дорівнює 1,84 г/см³. (18 моль/л; 36 моль/л)

10. Знайдіть масу NaNO₃, необхідну для приготування 300 мл розчину з концентрацією 0,2 моль/л. (5,1 г)

11. Скільки грамів Na₂CO₃ міститься в 500 мл розчину з концентрацією солі 0,25 н? (6,63 г)

12. У радіатор автомобіля налили 9 л води і 2 л метилового спирту (ρ = 0,8 г/мл). При якій найнижчій температурі можна залишати автомобіль на відкритому повітрі, не побоюючись, що вода в радіаторі замерзне? К_кр.(Н₂О) = 1,86 Кг/моль. ( – 10 С)

13. Обчисліть осмотичний тиск 1,5 л розчину, який містить 135 г глюкози C₆H₁₂O₆ при 0 С. (1,13 кПа.)

14. Обчисліть температуру кипіння розчину, який містить 2 г нафталіну C₁₀H₈ в 20 г ефіру, якщо температура кипіння ефіру 35,5 C, а ебуліоскопічна константа 2,16. (37,28 С)

15. При 315 К тиск насиченої пари над водою становить 8,2 кПа (61,5 мм рт. ст.). На скільки понизиться тиск пари при цій температурі, якщо в 540 г води розчинити 36 г глюкози C₆H₁₂O₆?

(54 Па)

16. Чому дорівнює осмотичний тиск 0,5 моль/л розчину глюкози C₆H₁₂O₆ при 25 °С? (1,24 МПа)

Для підготовки до наступної лабораторної роботи розв’язати задачу:

Який об’єм концентрованої сульфатної кислоти (ρ = 1,84 г/см³) з масовою часткою 96 % необхідно взяти для приготування 500 мл розчину з молярною концентрацією еквівалентів 2 моль/л?