Właściwości koligatywne

Transkrypt

1 Tomasz Lubera

2 Właściwości koligatywne Grupa zjawisk naturalnych niezależnych od rodzaju substancji rozpuszczonej a jedynie od jej ilości. Należą do nich: obniżenie prężności pary, podwyższenie temperatury wrzenia, obniżenie temperatury krzepnięcia, ciśnienie osmotyczne. Dotyczą one równowagi dwóch faz przy czym substancja rozpuszczona występuje tylko w jednej fazie a rozpuszczalnik w obu. Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - ównowagi fazowe w układach wieloskładnikowych - właściwości koligatywne 2

3 Stężenie molalne Stężenie molalne liczba moli substancji rozpuszczonej (i = II, III ) w kg rozpuszczalnika (I): b i = n i m rozpuszczalnik = n i m I mol kg Dla układu dwuskładnikowego: b II = n II m I = x II M I x II W przypadku dwuskładnikowych roztworów rozcieńczonych gdy n II n I : x II = n II n I +n II n II n I b II mol/kg = n II mol 000 [g/kg] 000[g/kg] M I [g/mol] m I [g] = n II mol 000[g/kg] n I mol M I g/mol x II Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - ównowagi fazowe w układach wieloskładnikowych - właściwości koligatywne 3

4 Współczynnik izotoniczny Van't Hoffa Gdy substancja II ulega dysocjacji zwiększa się liczba indywiduów chemicznych obecnych w roztworze: Dysocjacja substancji II o formalnej molalności b opisana stopniem dysocjacji α na n=m+ indywiduów: H m A mh + + A m Liczba indywiduów zdysocjowanych: bnα Liczba indywiduów niezdysocjowanych: b( α) azem: bnα + b bα = b[ + α n ] Współczynnik izotoniczny Van't Hoffa dla dysocjacji: i = [ + α n ] Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - ównowagi fazowe w układach wieloskładnikowych - właściwości koligatywne 4

5 Współczynnik izotoniczny Van't Hoffa Gdy substancja II ulega asocjacji zmniejsza się liczba indywiduów chemicznych obecnych w roztworze: Asocjacja n cząsteczek substancji II o formalnej molalności b opisana stopniem asocjacji α: nh m A H m A n Liczba indywiduów zasocjowanych:bα n Liczba indywiduów niezasocjowanych: b( α) azem: bα n + b bα = b[ + α n ] Współczynnik izotoniczny Van't Hoffa dla asocjacji: i = [ + α n ] Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - ównowagi fazowe w układach wieloskładnikowych - właściwości koligatywne 5

6 Modyfikacje przemian fazowych Skutki dodania substancji nielotnej II do rozpuszczalnika I Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - ównowagi fazowe w układach wieloskładnikowych - właściwości koligatywne 6

7 Obniżenie prężności pary Z prawa aoulta i Daltona: p c = x I p 0I + x II p 0II Gdy substancja II jest nielotna (p 0II = 0) to: p c = x I p 0I Obniżenie prężności pary I nad roztworem II w I w stosunku do prężności pary rozpuszczalnika I wynosi: p 0I = p 0I p c p 0I = p 0I x I p 0I p 0I = x I = x II czyli: p 0I = x II Zastosowanie: wyznaczanie masy molowej substancji II Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - ównowagi fazowe w układach wieloskładnikowych - właściwości koligatywne 7

8 Podwyższenie temperatury wrzenia Obniżenie prężności pary I nad roztworem II w I skutkuje podniesieniem temperatury wrzenia roztworu II w I w stosunku do temperatury wrzenia czystego rozpuszczalnika I = EBULIOSKOPIA Dla rozpuszczalnika I: p I0 dlnp ln 0 = H pi = H pi T w0i T x dt T 2 T w0i T x Gdy linie są równoległe to dla roztworu II w I: ln 0 ln 0x I 0 = H pi = H pi T wi T wi T w0i T w0i ln = H pi 0 lnx I = H pi T wi T wi T w0i T w0i Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - ównowagi fazowe w układach wieloskładnikowych - właściwości koligatywne 8

9 ln 0 Stała ebulioskopowa K ei = x I = x II ln 0 = 0 = H pi = 0 0 x I 0 T wi T w0i H pi H pi H pi = T wi T w0i = T w0i T wi T wi T w0i T w0i T wi H pi T w T w0i 2 x II = H pi T w T 2 w0i Skoro x II = b II M I to T 000 w= b II T w0i 2 M I gdy K 000 H ei = T w0i pi 2 M I 000 H pi [ K kg mol ] T w = b II K ei Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - ównowagi fazowe w układach wieloskładnikowych - właściwości koligatywne 9

10 Obniżenie temperatury topnienia Obniżenie temperatury topnienia roztworu II w I w stosunku do temperatury topnienia czystego rozpuszczalnika I = KIOSKOPIA Sublimacja (punkt potrójny): ln p 30I p 3I = H si Parowanie (temperatura punktu potrójnego): ln p 2 = H pi p 3I T 30I T 3I T 30I T 3I Odejmujemy od siebie powyższe równania: ln p 30I p 2 ln 0x I 0 = H si H pi = H ti T t0i T ti ln p 2 = H ti T 30I T 3I p 30I lnx I = H ti T t0i T ti T 30I T 3I Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - ównowagi fazowe w układach wieloskładnikowych - właściwości koligatywne 0

11 Stała krioskopowa K ki ln p 30I p 2 = H si H pi T 30I T 3I ln p 30I p 2 p 30I p 2 p 30I = p 30I p 2 p 2 p 2 = p 30I p 30I x I p 30I p 30I = x I = x II x II = H ti T T t0i 2 H si H pi H ti 2 M I Skoro x II = b II M I to T 000 k= b II T t0i gdy K 000 H ki = T t0i ti H ti H ti T k = b II K ki = T 3I T 30I = T ti T t0i T t0i T ti T t0i T ti = T 30I T 3I H ti T k T t0i 2 2 M I [ K kg ] 000 H ti mol Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - ównowagi fazowe w układach wieloskładnikowych - właściwości koligatywne

12 Potencjał chemiczny: Zmiany temperatury topnienia i wrzenia rozpuszczalnika I spowodowane dodatkiem substancji nielotnej II wynikają ze zmian potencjału chemicznego rozpuszczalnika I Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - ównowagi fazowe w układach wieloskładnikowych - właściwości koligatywne 2

13