Свойства растворов неэлектролитов

Разбавленные растворы неэлектролитов обладают рядом свойств, количественное выражение которых зависит от числа находящихся в растворе частиц растворенного вещества и от количества растворителя.

Зависимость этих свойств от концентрации выражается уравнениями, являющимися математическими выражениями законов Рауля и Вант-Гоффа:

1. Относительное понижение давления паров растворителя над раствором (D р) равно мольной доле растворенного неэлектролита (I закон Рауля):

D p= p₀-p₁= p₀ , (6.1)

где р₁ – парциальное давление насыщенного пара растворителя над раствором; р₀ – давление насыщенного пара над чистым растворителем; n₁ – количество растворителя; n₂ – количество растворенного вещества.

2. При растворении неэлектролита расширяется температурный интервал существования жидкой фазы растворителя вследствие смещения его температуры кристаллизации (замерзания) в низкотемпературную область, а температуры кипения – в высокотемпературную (II закон Рауля):

D Т_ф.п. = К× С_m, (6.2)

где D Т_ф.п – изменение температуры фазового перехода (кристаллизации или кипения); К – коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств растворителя; для кристаллизации – криоскопическая константа (К_к), для кипения – эбуллиоскопическая константа (К_э). Для наиболее распространенного растворителя – воды эти константы равны: К_к = 1,86 К/моль, К_э = 0,52 К/моль. С _т – моляльная концентрация растворенного вещества.

3. При постоянной температуре осмотическое давление раствора неэлектролита Р,Па, пропорционально его молярной концентрации (закон Вант-Гоффа):

Р=1000С_М RT,

где С _М – молярная концентрация; R – газовая постоянная (8,314 Дж/моль×К),

Т – температура, К.

Пример 1. При какой температуре замерзает водный раствор, полученный из 250 г воды и 54 г глюкозы С₆Н₁₂О₆?

Решение. При пересчете на 1000 г воды, содержание глюкозы в растворе равно 216 г. Так как мольная масса глюкозы составляет 180 г/моль, то моляльность раствора равна С_m=216/180=1,20 моль/кг Н₂О.

По формуле (6.2) находим D t_крист =К× С_m =1,86×1,20=2,23°С.

Так как чистая вода кристаллизуется при 0°С, то раствор будет кристаллизоваться при t_{кр р-ра}= t _кр.р-ля- D t _крист=0-2,23=-2,23⁰С.

Ответ:t_крист = - 2,23°С.

Пример 2. Давление пара воды при 25°С равно 23,76 мм рт. ст. Вычислить давление пара водного раствора, содержащего 18 г. мочевины CO(NH₂)₂ в 360 г воды.

Решение. Согласно условию задачи, р₀ =23,76 мм рт. ст. Рассчитаем количество молей растворенного вещества (n₂) и растворителя (n₁):

,

.

Отсюда, на основании формулы (6.1) получаем:

Ответ: р = 23,41 мм рт. ст.