Innehåll
- TL; DR (för lång; läste inte)
- Minska ångtrycket genom att lägga till en lösning
- Kokpunkthöjd i en blandning
- Frysfunktionsdepression i en blandning
- Osmotiskt tryck ökar för lösningar
- Kolligativa egenskaper och molalitet
Frostskyddsmedel för fordon, njuredialys och användning av bergsalt för att göra glass verkar inte som om de skulle ha något gemensamt. Men de är alla beroende av lösningarnas kolligativa egenskaper. Dessa egenskaper är de fysikaliska egenskaperna för lösningar som endast beror på förhållandet mellan antalet partiklar av löst ämne och lösningsmedel (t.ex. salt i vatten) i lösningen och inte på identiteten hos det lösta ämnet.
Den mänskliga kroppens celler, växtceller och lösningar som frostskyddsmedel och glass beror på kolligativa egenskaper.
TL; DR (för lång; läste inte)
För långt; läste inte (TL; DR)
Det finns fyra kolligativa egenskaper: ångtryck, kokpunkt, fryspunkt och osmotiskt tryck. Dessa fysikaliska egenskaper hos lösningar beror bara på förhållandet mellan antalet partiklar av lösta ämnen och lösningsmedel i lösningen och inte på vad det lösta ämnet är.
Minska ångtrycket genom att lägga till en lösning
Ett lösningsmedel (såsom vatten) har ett ångtryck betecknat med pl. Detta är lika med en atmosfär av tryck.
På jämviktgasfasen (såsom vattenånga) ovanför lösningsmedlet har ett partiellt tryck lika med pl. Tillsättning av ett löst ämne (som bordsalt, NaCl) minskar lösningsmedlets partiella tryck i gasfasen. Minskningen i ångtrycket orsakas av att lösningsmedelsmolekylerna på ytan av lösningen ersätts av lösta molekyler. Lösningsmedelsmolekylerna "tränger ut" förångning. Eftersom det finns mindre lösningsmedelmolekyler på ytan sjunker ångtrycket.
Kokpunkthöjd i en blandning
Att bringa ett lösningsmedel till en kokning förångas väsentligen lösningsmedlet. Höjning av kokpunkteneller öka temperaturen vid vilken lösningsmedlet kokar, uppstår av ett liknande skäl som ångtryckdepression. Den ökade mängden löst ämne på ytan hämmar förångningen av lösningsmedlet, så det kräver mer energiinmatning för att uppnå kokpunkten.
Detta antar att det lösta ämnet är icke-flyktigt, det vill säga att det har ett lågt ångtryck vid rumstemperatur. En flyktig löslig substans med en lägre kokpunkt än lösningsmedlet kan faktiskt trycka ner kokpunkten. Bensen är ett exempel på en flyktig organisk förening (VOC).
Frysfunktionsdepression i en blandning
Frysningspunkten för en lösning kommer att vara lägre än den för det rena lösningsmedlet. Frys punkt är temperaturen vid vilken en vätska blir fast vid 1 atmosfär. Fryspunkt depression betyder att frysetemperaturen sänks. Detta betyder att vätskan måste vara kallare för att frysa. Anledningen till att detta inträffar beror på att närvaron av ett löst ämne introducerar mer störningar i systemet än närvarande med bara lösningsmedelmolekylerna. Därför måste blandningen vara kallare för att övervinna effekterna av det mer störda systemet.
En praktisk tillämpning av denna egendom är frostskyddsmedel för fordon. Fryspunkten för en 50/50 lösning av etylenglykol (CH2(OH) CH2(OH)) är -33 grader Celsius (-27,4 grader Fahrenheit), jämfört med 0 grader Celsius (32 grader Fahrenheit). Frostskydd läggs till bilens radiator så att bilen måste utsättas för mycket lägre temperaturer innan vattnet i bilens system fryser.
Osmotiskt tryck ökar för lösningar
Osmos uppstår när lösningsmedelsmolekyler rör sig genom ett semipermeabelt membran. Den ena sidan av membranet kan innehålla lösningsmedel, och den andra sidan av membranet skulle innehålla löst ämne. Flyttning av lösningsmedel sker från ett område med högre koncentration till ett område med lägre koncentration, eller från högre kemisk potential till lägre kemisk potential tills en jämvikt har uppnåtts. Detta flöde inträffar naturligtvis, så en viss tryckinmatning på den lösta sidan måste appliceras för att stoppa flödet.
De osmotiskt tryck är trycket som skulle stoppa det flödet. Osmotiskt tryck ökar i allmänhet för lösningar. Ju mer lösta molekyler det är, desto mer pressas lösningsmedelsmolekylerna samman. Närvaron av lösta molekyler på en sida av membranet innebär att färre lösningsmedelsmolekyler kan passera in i lösningssidan. Det osmotiska trycket är direkt relaterat till koncentrationen av löst ämne: mer löst ämne innebär ett högre osmotiskt tryck.
Kolligativa egenskaper och molalitet
Kolligativa egenskaper är alla beroende av molaliteten (m) i en lösning. Molalitet definieras som mol löst / kg lösningsmedel. Ju mer, eller mindre, av ett löst ämne som är närvarande i förhållande till lösningsmedlet kommer att påverka beräkningarna av de fyra koligativa egenskaperna som beskrivs ovan.