Автомобилният антифриз, бъбречната диализа и използването на каменна сол за приготвяне на сладолед не изглежда да имат нещо общо. Но всички те зависят от колигативни свойства на разтворите. Тези свойства са физическите свойства на разтворите, които зависят само от съотношението на броя на частици разтворено вещество и разтворител (напр. сол във вода) в разтвор, а не върху идентичността на разтворено вещество.
Клетките на човешкото тяло, растителните клетки и разтвори като антифриз и сладолед зависят от колигативните свойства.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
Твърде дълго; Не прочетох (TL; DR)
Има четири колигативни свойства: налягане на парите, точка на кипене, точка на замръзване и осмотично налягане. Тези физични свойства на разтворите зависят само от съотношението на броя на частиците разтворено вещество и разтворител в разтвор, а не от това какво е разтвореното вещество.
Намаляване на налягането на парите чрез добавяне на разтворено вещество
Разтворител (като вода) има налягане на парите, обозначено с p1. Това е равно на една атмосфера на натиск.
В равновесие, газовата фаза (като водна пара) над разтворителя има парциално налягане, равно на p1. Добавянето на разтворено вещество (като готварска сол, NaCl) намалява парциалното налягане на разтворителя в газовата фаза. Намаляването на налягането на парите се причинява от молекулите на разтворителя на повърхността на разтвора, заменени от молекули на разтвореното вещество. Молекулите на разтворителя „изтласкват“ изпаряването. Тъй като на повърхността има по-малко молекули разтворители, налягането на парите намалява.
Точка на кипене в смес
Довеждането на разтворител до кипене по същество изпарява разтворителя. Точка на кипене, или повишаване на температурата, при която разтворителят кипи, се случва по подобна причина като понижаването на парното налягане. Увеличеното количество разтворено вещество на повърхността инхибира изпаряването на разтворителя, така че се изисква повече енергия, за да се постигне точката на кипене.
Това предполага, че разтвореното вещество е нелетливо, т.е. има ниско налягане на парите при стайна температура. Летливо разтворено вещество с по-ниска точка на кипене от разтворителя може действително да понижи точката на кипене. Бензенът е пример за летливо органично съединение (VOC).
Депресия на точката на замръзване в смес
Точката на замръзване на разтвора ще бъде по-ниска от тази на чистия разтворител. Точка на замръзване е температурата, при която течността става твърда при 1 атмосфера. Точка на замръзване депресия означава, че температурата на замръзване се понижава. Това означава, че течността трябва да е по-студена, за да се постигне замръзване. Причината за това е, че присъствието на разтворено вещество внася повече разстройства в системата, отколкото е имало само при молекулите на разтворителя. Следователно сместа трябва да е по-студена, за да се преодолеят ефектите от по-неподредената система.
Практическо приложение на това колигативно свойство е автомобилен антифриз. Точката на замръзване на 50/50 разтвор на етилен гликол (СН2(ОН) СН2(OH)) е -33 градуса по Целзий (-27,4 градуса по Фаренхайт), в сравнение с 0 градуса по Целзий (32 градуса по Фаренхайт). Антифризът се добавя към радиатора на автомобила, така че колата трябва да бъде изложена на много по-ниски температури, преди водата в системата на автомобила да замръзне.
Повишава се осмотичното налягане за решения
Осмоза възниква, когато молекулите на разтворителя се движат през полупропусклива мембрана. Едната страна на мембраната може да съдържа разтворител, а другата страна на мембраната съдържа разтворено вещество. Движението на разтворителя се извършва от зона с по-висока концентрация към зона с по-ниска концентрация или от по-висок химичен потенциал към по-нисък химичен потенциал, докато се постигне равновесие. Този поток се среща естествено, така че трябва да се приложи някакво налягане от страната на разтвореното вещество, за да се спре потокът.
The осмотичното налягане е налягането, което би спряло този поток. Осмотичното налягане обикновено се увеличава за разтвори. Колкото повече разтворени молекули има, толкова повече молекулите на разтворителя са притиснати заедно. Наличието на разтворени молекули от едната страна на мембраната означава, че по-малко молекули разтворител могат да преминат в страната на разтвора. Осмотичното налягане е пряко свързано с концентрацията на разтвореното вещество: повече разтворено вещество се превръща в по-високо осмотично налягане.
Колигативни свойства и Молалност
Колигативните свойства зависят от моларността (m) на разтвора. Молалността се определя като молове разтворено вещество / kg разтворител. Повече или по-малко от разтворено вещество, което присъства в съотношение с разтворителя, ще повлияе върху изчисленията на четирите колигативни свойства, посочени по-горе.