Właściwości koligatywne roztworów

Właściwości koligatywne roztworów – właściwości fizykochemiczne roztworów, które zależą tylko od ilości substancji rozpuszczonej, a nie są zależne od jej rodzaju. Substancja rozpuszczona musi być przy tym nielotna, nie może być elektrolitem, a prężność jej par musi być zaniedbywalnie mała. Ponadto nie może rozpuszczać się w stałym rozpuszczalniku^[1].

Właściwości koligatywne roztworu są inne w porównaniu do czystego rozpuszczalnika. Zmiany te wynikają ze zmniejszenia potencjału chemicznego ciekłego rozpuszczalnika spowodowaną obecnością substancji rozpuszczonej^[2].

Należą do nich:

• obniżenie prężności pary nad roztworem,
• efekt ebulioskopowy – podwyższenie temperatury wrzenia i związane z nim obniżenie prężności pary nad roztworem względem czystego rozpuszczalnika; efekt ten jest wykorzystany w ebuliometrii,
• efekt krioskopowy – obniżenie temperatury krzepnięcia roztworów,
• ciśnienie osmotyczne.

Obniżenie prężności pary nad roztworem^[3]

Według prawa Daltona całkowita prężność pary nad roztworem jest równa sumie prężności cząstkowych składników roztworu, czyli substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika. W przypadku roztworu ciała stałego w cieczy prężność pary substancji rozpuszczonej jest równa zeru, stąd całkowita prężność pary nad roztworem będzie równa (z prawa Raoulta): ${\displaystyle p=p_{r}x_{A}}$(gdzie x_A to ułamek molowy rozpuszczalnika). W stałej temperaturze prężność pary nad roztworem ciała stałego w cieczy zawsze będzie mniejsza niż nad czystym rozpuszczalnikiem.

Wzór na obniżenie prężności pary nad roztworem:

${\displaystyle \Delta p=p_{r}^{o}x_{B},}$

gdzie:

${\displaystyle x_{B}}$ to ułamek molowy substancji rozpuszczonej w roztworze.

Z tego wynika, że obniżenie prężności pary nad roztworem jest zależne od ilości substancji rozpuszczonej.

Podwyższenie temperatury wrzenia roztworu^[4]

Równanie Clausiusa-Clapeyrona opisuje zależność między podwyższeniem temperatury wrzenia roztworu a stężeniem substancji rozpuszczonej.

Równanie Clausiusa-Clapeyrona można przekształcić:

${\displaystyle nRT=pV\Longrightarrow {\frac {dp}{p}}={\frac {\Delta p}{p_{A}}}={\frac {\Delta H_{p}}{RT_{w}^{2}}}\Delta T_{w}=x_{s},}$

gdzie:

${\displaystyle T_{w}}$ – temperatura wrzenia czystego rozpuszczalnika,

${\displaystyle \Delta H_{p}}$ – molowe ciepło parowania w temperaturze wrzenia,

${\displaystyle \Delta T_{w}}$ – zmiana temperatury wrzenia,

${\displaystyle x_{s}}$ – ułamek molowy substancji rozpuszczonej.

Po kolejnym przekształceniu otrzymuje się:

${\displaystyle \Delta T_{w}={\frac {RT_{w}^{2}}{\Delta H_{p}}}\Longrightarrow \Delta T_{w}=K_{e}x_{s},}$

gdzie:

${\displaystyle K_{e}}$ to stała ebulioskopowa.

Obniżenie temperatury krzepnięcia roztworu^[5]

Temperatura krzepnięcia roztworu jest niższa niż temperatura krzepnięcia dla czystego rozpuszczalnika. Podobnie jak w przypadku temperatury wrzenia, obniżenie temperatury krzepnięcia jest proporcjonalne do stężenia molalnego roztworu (lub do ułamka molowego substancji rozpuszczonej). Zmianę temperatury krzepnięcia oblicza się ze wzoru:

${\displaystyle \Delta T_{k}=K_{k}x_{B},}$

gdzie:

${\displaystyle K_{k}}$ to stała krioskopowa.

Przypisy

Bibliografia

• Tadeusz W.T.W. Hermann Tadeusz W.T.W. (red.), Chemia fizyczna. Podręcznik dla studentów farmacji i analityki medycznej, Warszawa: Wydawnictwo Lekarskie PZWL, 2007, ISBN 978-83-200-3398-4, OCLC 749635864 .