![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Давление насыщенного пара над раствором. I закон Рауля.
При равновесии (∆ G=0) Vисп=Vконд. Каждый раствор находится в равновесии с его насыщенным паром. Давление насыщенного пара каждого вещества есть величина постоянная при данной температуре, с повышением температуры давление пара увеличивается. Давление насыщенного пара жидкости определяется числом молекул жидкости, отрывающихся с ее поверхности за единицу времени. Рассмотрим пример (рис.8.2). В первом сосуде у нас находится чистая вода, во втором – раствор сахара в воде (раствор неэлектролита; сахар -- нелетучее вещество и при данных условиях не испаряется).
Однако основную роль здесь играют силы сольватационного взаимодействия между молекулами растворителя и растворенного вещества. Эти силы значительно прочнее сил сцепления между молекулами растворителя, чем и объясняется переход меньшего числа молекул растворителя в газовую фазу. Таким образом, над раствором давление насыщенного пара растворителя (Р) всегда меньше, чем над чистым растворителем (Р0): Р < Р0. (Р0 – Р)=∆ P – понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором. Отношение В 1887 г. французский ученый химик Франсуа Рауль установил I закон: относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного вещества. Математическая запись I закона Рауля:
где N2 – мольная доля растворенного вещества. Выразив мольную долю растворенного вещества N2 через соотношение
где N1 – мольная доля растворителя. Т.е. давление насыщенного пара над раствором равно его давлению над чистым растворителем, умноженному на мольную долю растворителя. Кипение и замерзание растворов неэлектролитов. II закон Рауля. Следствием понижения давления насыщенного пара растворителя над раствором будет: - понижение температуры замерзания раствора; - повышение температуры кипения раствора. Рассмотрим диаграмму состояния воды и раствора неэлектролита. На рис.8.3 схематически изображена зависимость равновесного давления водяного пара от температуры над чистой водой и раствором. При температуре кипения давление пара равно внешнему давлению, при температуре замерзания давление пара над веществом в жидком и твердом состояниях одинаково. Линия АО – кривая сублимации – характеризует давление насыщенного водяного пара надо льдом, ОВ – кривая плавления или кристаллизации воды; ОС – кривая испарения или конденсации воды. В точке О сосуществуют все три фазы воды: жидкость, пар, лед. Линия О′ С′ – кривая испарения или конденсации раствора; О′ В′ – кривая плавления или кристаллизации раствора. Обозначение: t1 - температура замерзания (кристаллизации) раствора при 760 мм рт. ст.; t2 - температура замерзания чистой воды (0 °С при 760 мм рт. ст.); t3 - температура кипения чистой воды (100 °С при 760 мм рт. ст.); t4 - температура кипения раствора.
∆ tкип = t4 – t3 = (tкип.р-ра – tкип.р-ля) – повышение температуры кипения раствора по сравнению с температурой кипения растворителя. ∆ tзам = t2 – t1 = (tзам.р-ля – tзам.р-ра) – понижение температуры замерзания (кристаллизации) раствора по сравнению с температурой замерзания растворителя. Зависимость ∆ tкип и ∆ tзам от концентрации растворов определяется вторым законом Рауля: повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания растворов пропорциональны моляльной концентрации растворенного вещества, т.е. ∆ tкип = Кэб · С m, ∆ tзам = Ккр ·С m, где Кэб – коэффициент пропорциональности, называемый эбуллиоскопической постоянной растворителя; Ккр – криоскопическая постоянная растворителя; Сm – моляльная концентрация растворенного вещества, моль/кг. Физический смысл Кэб и Ккр: если Сm= 1 моль/кг, то ∆ tзам= Ккр, т.е. Ккр – понижение tзам раствора, моляльность которого равна 1 моль/кг; ∆ tкип= Кэб, т.е. Кэб – повышение tкип раствора, моляльность которого равна 1 моль/кг. Кэб, Ккр – характеристики растворителя, не раствора, зависят от природы растворителя (справочные величины). Например, для воды: для бензола: Ккр=1, 86 °С · кг/моль, Ккр=5, 12 °С · кг/моль, Кэб=0, 52 °С · кг/моль; Кэб=2, 53 °С · кг/моль. Для одномоляльных растворов различных неэлектролитов независимо от их состава температура кипения данного раствора повышается на одну и ту же величину, а температура замерзания – понижается на одну и ту же величину. Так, температура кипения различных по составу одномоляльных водных растворов увеличивается на 0, 52°С, а температура замерзания понижается на 1, 86°С. Этот закон показывает, что свойства растворов зависят только от числа частиц растворенного вещества, но не от их размеров, природы и т.д. Измерение понижения температуры кристаллизации раствора по сравнению с температурой кристаллизации чистого растворителя называют криоскопией. Измерение повышения температуры кипения раствора по сравнению с температурой кипения чистого растворителя называют эбуллиоскопией. Методами криоскопии и эбуллиоскопии определяют относительные молекулярные массы растворенного неэлектролита. Для этого подставим в уравнение второго закона Рауля «развернутую» формулу для расчета моляльной концентрации растворенного вещества В
получим: ∆ tкип = Кэб · ∆ tзам = Ккр · Откуда
где МВ- молярная масса растворенного неэлектролита В, численно равная его относительной молекулярной массе, mB – масса неэлектролита В, г; mр-ля – масса растворителя, кг.
|