Automobilová nemrznoucí směs, dialýza ledvin a použití kamenné soli k výrobě zmrzliny nevypadají, že by měli něco společného. Ale všichni závisí na kogrativní vlastnosti řešení. Tyto vlastnosti jsou fyzikálními vlastnostmi řešení, které závisí pouze na poměru počtu částice rozpuštěné látky a rozpouštědla (např. soli ve vodě) v roztoku a nikoli na identitu rozpuštěná látka.
Buňky lidského těla, rostlinné buňky a roztoky, jako je nemrznoucí směs a zmrzlina, závisí na koligativních vlastnostech.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Příliš dlouho; Nečetl (TL; DR)
Existují čtyři koligativní vlastnosti: tlak par, bod varu, bod tuhnutí a osmotický tlak. Tyto fyzikální vlastnosti roztoků závisí pouze na poměru počtu částic rozpuštěné látky a rozpouštědla v roztoku a nikoli na tom, co je rozpuštěná látka.
Snížení tlaku par přidáním rozpuštěné látky
Rozpouštědlo (jako je voda) má tlak par označený pl. To se rovná jedna tlaková atmosféra.
Na rovnováha, plynná fáze (jako je vodní pára) nad rozpouštědlem má parciální tlak rovný pl. Přidáním rozpuštěné látky (jako je kuchyňská sůl, NaCl) se sníží parciální tlak rozpouštědla v plynné fázi. Pokles tlaku par je způsoben molekulami rozpouštědla na povrchu roztoku, které jsou nahrazeny molekulami rozpuštěné látky. Molekuly rozpouštědla „vytlačují“ vaporizaci. Protože na povrchu je méně molekul rozpouštědla, tlak par se snižuje.
Zvýšení bodu varu ve směsi
Uvedení rozpouštědla do varu v podstatě odpařuje rozpouštědlo. Výška bodu varunebo ke zvýšení teploty, při které se rozpouštědlo vaří, dochází z podobného důvodu jako je pokles tlaku par. Zvýšené množství rozpuštěné látky na povrchu inhibuje odpařování rozpouštědla, takže k dosažení bodu varu vyžaduje více energie.
To předpokládá, že solut je netěkavý, to znamená, že má nízký tlak par při pokojové teplotě. Těkavá látka s nižší teplotou varu než rozpouštědlo může ve skutečnosti snížit teplotu varu. Benzen je příkladem těkavé organické sloučeniny (VOC).
Deprese bodu mrazu ve směsi
Bod tuhnutí roztoku bude nižší než bod tuhnutí čistého rozpouštědla. Bod mrazu je teplota, při které kapalina ztuhne při 1 atmosféře. Deprese bodu mrazu znamená, že teplota mrazu klesá. To znamená, že kapalina musí být chladnější, aby zamrzla. Důvodem je to, že přítomnost rozpuštěné látky zavádí do systému více poruch, než bylo přítomno pouze u molekul rozpouštědla. Proto musí být směs chladnější, aby překonala účinky narušeného systému.
Praktická aplikace této koligativní vlastnosti je automobilová nemrznoucí směs. Bod tuhnutí 50/50 roztoku ethylenglykolu (CH2(OH) CH2(OH)) je -33 stupňů Celsia (-27,4 stupňů Fahrenheita), ve srovnání s 0 stupni Celsia (32 stupňů Fahrenheita). Nemrznoucí směs se přidává do chladiče automobilu, takže musí být vystaveno mnohem nižším teplotám, než voda v systému vozidla zamrzne.
Osmotický tlak se u řešení zvyšuje
Osmóza nastává, když se molekuly rozpouštědla pohybují semipermeabilní membránou. Jedna strana membrány mohla obsahovat rozpouštědlo a druhá strana membrány obsahovala rozpuštěnou látku. Pohyb rozpouštědla nastává z oblasti s vyšší koncentrací do oblasti s nižší koncentrací nebo z vyššího chemického potenciálu na nižší chemický potenciál, dokud není dosaženo rovnováhy. K tomuto průtoku přirozeně dochází, takže k zastavení toku musí být aplikován určitý vstup tlaku na straně rozpuštěné látky.
The osmotický tlak je tlak, který by ten tok zastavil. Osmotický tlak se u řešení obecně zvyšuje. Čím více molekul rozpuštěné látky je, tím více jsou molekuly rozpouštědla stlačeny k sobě. Přítomnost molekul rozpuštěné látky na jedné straně membrány znamená, že méně molekul rozpouštědla může přejít na stranu roztoku. Osmotický tlak přímo souvisí s koncentrací rozpuštěné látky: více rozpuštěné látky se promítá do vyššího osmotického tlaku.
Klíčové vlastnosti a molalita
Všechny kolagativní vlastnosti jsou závislé na molalitě (m) roztoku. Molalita je definována jako mol rozpuštěné látky / kg rozpouštědla. Více nebo méně rozpuštěné látky, která je přítomna v poměru k rozpouštědlu, ovlivní výpočty čtyř koligativních vlastností uvedených výše.