1. Осмос и осмотическое давление

Если раствор заданной концентрации отделить от чистого растворителя полупроницаемой мембраной (напр., целлофан), то молекулы растворителя будут проникать сквозь мембрану и диффундировать в раствор. Концентрация растворенного вещества в растворе при этом будет уменьшаться. Это явление и называют осмосом. Осмотическое давление – мера стремления растворителя к переходу через полупроницаемую перегородку в данный раствор. Оно численно равно тому давлению, которое надо приложить к раствору, чтобы осмос прекратился. Рассчитывается по формуле

 = cRT,

с – молярная концентрация раствора, моль/л, R – универсальная газовая постоянная, T – абсолютная температура, К.

Из приведенной формулы следует, что одномолярный раствор любого вещества (с=1 моль/л) при нормальных условиях (273К и 101,3 МПа) создает осмотическое давление 2,269 Мпа.

Величина осмотического давления зависит от количества частиц (молекул или ионов), содержащихся в растворе. Так хлорид натрия NaCl, который при растворении диссоциирует всего на 2 иона Na⁺ и Cl¯, создает меньшее осмотическое давление, чем гексацианоферрат калия K₃[Fe(CN)₆], диссоциирующий на 4 иона: 3К⁺ и [Fe(CN)₆]³¯.

2. Понижение давления пара растворителя над раствором

Любая жидкость всегда находится в равновесии со своим паром. Это такое состояние, когда количество молекул жидкости, удаляющееся с поверхности, равно количеству молекул, конденсирующихся из пара за тоже время.

Так как часть поверхности раствора занята молекулами растворенного вещества, то испаряющееся с ее поверхности за единицу времени количество молекул растворителя меньше, чем в чистом растворителе. Поэтому для раствора равновесное состояние устанавливается при более низком значении давления пара, чем для чистого растворителя.

Понижение давления пара растворителя над раствором математически выражается законом Рауля:

p/p₀ = n_в-ва / (n_в-ва + n₀)

p – понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором; p₀ - давление насыщенного пара чистого растворителя; n_в-ва – количество молей растворенного вещества; n₀ – количество молей растворителя; n_в-ва / (n_в-ва + n₀) – мольная доля растворенного вещества.

Таким образом, чем больше мольная доля растворенного вещества, тем сильнее уменьшается над раствором давление насыщенного пара растворителя.

3. Повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания растворов по сравнению с таковыми для чистого растворителя

Эти характеристики зависят от концентрации растворенного вещества в растворе. Например, с помощью хлорида натрия можно снизить температуру замерзания воды до -21^оС, а если взять хлорид кальция CaCl₂x6H₂O – то до -55^оС. Зависимость выражается следующими уравнениями:

Тк = Кэ Сm

Тз = Ккр Сm,

где Тк – повышение температуры кипения раствора, Кэ – эбулиоскопическая константа растворителя, Сm – моляльная концентрация раствора, моль/кг р-ля, Тз – понижение температуры замерзания раствора, Ккр – криоскопическая константа растворителя. Сm – это количество молей растворенного вещества в 1 кг растворителя.

Например, для воды Кэ = 0,512(^оС•кг)\моль, Ккр = 1,86(^оС•кг)\моль.

13