Теоретическая часть. Давление насыщенного пара растворителя над раствором всегда меньше, чем над чистым растворителем, и зависит от концентрации раствора

Давление насыщенного пара растворителя над раствором всегда меньше, чем над чистым растворителем, и зависит от концентрации раствора. Понижение давления пара над растворителем приводит к повышению температуры кипения и понижению температуры замерзания раствора по сравнению с чистым растворителем.

∆t_з = t_{з растворителя} – t_{з раствора;}

∆t_зам – понижение температуры замерзания раствора по сравнению с чистым растворителем (температурная депрессия)

Криоскопия -это метод исследования растворенных веществ путем измерения температуры замерзания растворителя и приготовленного на его основе раствора. Криоскопический метод позволяет определить молярную массу растворенного вещества. В основе метода криоскопии лежит математическое выражение II закона Рауля: «Понижение температуры замерзания раствора по отношению к чистому растворителю прямопропорционально моляльной концентрации вещества», которое отражает следующая формула (для растворов неэлектролитов):

∆t_зам = КС_m, где

К – коэффициент пропорциональности, называемый криоскопической константой.

Численно криоскопическая константа равна понижению температуры замерзания раствора с концентрацией 1 моль на 1000 г растворителя по сравнению с чистым растворителем. Криоскопическая константа воды равна 1,86°С/моль, для бензола 5,1°С/моль, для нафталина 7,1°С/моль, уксусной кислоты 3,9°С/моль. Криоскопическая константа не зависит от концентрации и природы растворенного вещества, а обусловлена лишь природой растворителя.

С_m – моляльная концентрация раствора, которая может быть рассчитана найдена по формуле:

С_m , где

m_ве-ва – навеска растворенного вещества в граммах,

m_ра-ля – масса взятого растворителя,

М – молярная масса растворенного вещества.

Пользуясь основной формулой криоскопии, можно найти любую из входящих в нее величин, если измерены или известны остальные. При определении молярной массы эта формула принимает вид:

Свойства разбавленных растворов, зависящие только от количества нелетучего растворенного вещества, называются коллигативными свойствами. К ним относятся: понижение давления пара растворителя над раствором, повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания раствора, а также осмотической давление.

Если растворенное вещество – электролит, то число частиц, находящихся в растворе, будет больше числа молекул за счет их диссоциации. Это приводит к большему понижению упругости пара, а понижение температуры замерзания окажется больше того, которое отвечает имеющейся моляльной концентрации, а найденная молярная масса (кажущаяся) окажется меньше истинной.

,

где а – массовая доля вещества в растворе; К- криоскопическая константа: ∆ t_опыт - понижение температуры в опыте.

Посчитав по химической формуле электролита истинную молярную массу, легко найти степень диссоциации:

α= ,

где М – истинная молярная масса; М₁ – кажущаяся молярная масса.

Степень диссоциации может быть найдена по другой формуле:

α= ,

гдеi - коэффициент Вант-Гоффа;

n - число ионов, на которое подвергается распаду молекула электролита.

Законы Рауля и Вант-Гоффа можно применять к растворам электролитов с учетом так называемого изотонического коэффициента (i), который показывает, во сколько раз число частиц (молекул и ионов), образовавшихся в результате диссоциации, больше исходного числа молекул. Так как i>1, формулы, выражающие свойства растворов электролитов, примут следующий вид:

∆t_зам = iКС_m

i = = =

Если известна процентная концентрация исследуемого раствора, то ∆t_зам находят по формуле:

∆t_{зам теор} =

∆t_оп находят практически, как разность температур замерзания растворителя и раствора:

∆t_оп= ∆t_{зам ра-ля} - ∆t_{зам ра-ра}

Осмотическое давление. Непосредственное определение осмотического давления по закону Вант-Гоффа представляет ряд неудобств и трудностей:

Р_ОСМ= СRТ,

где С – молярная концентрация раствора; Р - осмотическое давление раствора; R – газовая постоянная; Т – температура раствора.

Поэтому осмотическое давление находят косвенно методом криоскопии.Между осмотическим давлением и понижением температуры замерзания соответствующего раствора существует простое численное соотношение:

Р = 12,04 ∆t _зам,

где Р – осмотическое давление при температуре 0°С,

∆t _зам – измеренное понижение температуры замерзания.

Р_ОСМ=

Вопросы для подготовки и контроля знаний

16. Механизм растворения. Термодинамика процесса растворения.

17. Способы выражения концентраций растворов.

18. Идеальные растворы. Закон Рауля.

19. Давление насыщенного пара растворителя над раствором.

20. Температура замерзания и кипения разбавленных растворов.

21. Криоскопия и эбуллиоскопия.

22. Осмос и осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа.

23. Роль осмоса в биологических процессах. Растворы изотонические, гипертонические, гипотонические.

24. Почему в скороварке в которой при нагревании возникает повышенное давление время приготовления пищи сокращается?

25. При приготовлении варенья в домашних условиях используют очень высокие концентрации сахара. Это, в частности, приводят к уничтожению бактерий, вызывающих ботулизм. Объясните этот эффект.

26. Теория электролитической диссоциации. Изотонический коэффициент, его связь со степенью диссоциации.

27. Закон разбавления Оствальда..

28. Что такое осмотическое давление?

29. В результате какого процесса происходит засахаривание варенья?

30. Опишите осмотические процессы, происходящие при заваривании пакетированного чая.