Frostvæske, nyredialyse og brug af stensalt til at fremstille is ser ikke ud til at have noget til fælles. Men de er alle afhængige af kolligative egenskaber ved løsninger. Disse egenskaber er de fysiske egenskaber af løsninger, der kun afhænger af forholdet mellem antallet af partikler af opløst stof og opløsningsmiddel (fx salt i vand) i opløsning og ikke på identiteten af opløst stof.
Menneskekroppens celler, planteceller og opløsninger såsom frostvæske og is afhænger af kolligative egenskaber.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
For langt; Læste ikke (TL; DR)
Der er fire kolligative egenskaber: damptryk, kogepunkt, frysepunkt og osmotisk tryk. Disse fysiske egenskaber af opløsninger afhænger kun af forholdet mellem antallet af partikler af opløst stof og opløsningsmiddel i opløsning og ikke af, hvad det opløste stof er.
Sænkning af damptrykket ved tilsætning af en opløsningsmiddel
Et opløsningsmiddel (såsom vand) har et damptryk betegnet med p1. Dette er lig med en atmosfære af tryk.
På ligevægt
, har gasfasen (såsom vanddamp) over opløsningsmidlet et partialtryk svarende til p1. Tilsætning af et opløst stof (som bordsalt, NaCl) nedsætter opløsningsmidlets partialtryk i gasfasen. Faldet i damptryk skyldes, at opløsningsmiddelmolekylerne på overfladen af opløsningen erstattes af opløste molekyler. Opløsningsmiddelmolekylerne "fortrænger" fordampning. Fordi der er mindre opløsningsmiddelmolekyler på overfladen, falder damptrykket.Kogepunktshøjde i en blanding
Kogning af et opløsningsmiddel fordamper i det væsentlige opløsningsmidlet. Kogepunktshøjdeeller forøgelse af temperaturen, ved hvilken opløsningsmidlet koger, forekommer af en lignende grund som damptryksnedbrydning. Den øgede mængde opløst stof på overfladen hæmmer fordampning af opløsningsmidlet, så det kræver mere energiindgang for at opnå kogepunktet.
Dette forudsætter, at det opløste stof ikke er flygtigt, dvs. det har et lavt damptryk ved stuetemperatur. En flygtig opløsningsmiddel med et lavere kogepunkt end opløsningsmidlet kan faktisk nedsætte kogepunktet. Benzen er et eksempel på en flygtig organisk forbindelse (VOC).
Frysepunktsdepression i en blanding
Frysepunktet for en opløsning vil være lavere end for det rene opløsningsmiddel. Frysepunkt er den temperatur, ved hvilken en væske bliver fast ved 1 atmosfære. Frysepunktsdepression betyder frysetemperaturen sænkes. Dette betyder, at væsken skal være koldere for at opnå frysning. Årsagen til, at dette sker, er, at tilstedeværelsen af et opløst stof indfører mere forstyrrelse i systemet, end det kun var opløsningsmidlet. Derfor skal blandingen være koldere for at overvinde virkningerne af det mere uordnede system.
En praktisk anvendelse af denne kolligative egenskab er frostvæske. Frysepunktet for en 50/50 opløsning af ethylenglycol (CH2(OH) CH2(OH)) er -33 grader Celsius (-27,4 grader Fahrenheit), sammenlignet med 0 grader Celsius (32 grader Fahrenheit). Frostvæske tilsættes til bilens radiator, så bilen skal udsættes for meget lavere temperaturer, før vandet i bilens system fryser.
Osmotisk tryk stiger til løsninger
Osmose opstår, når opløsningsmiddelmolekyler bevæger sig gennem en semipermeabel membran. Den ene side af membranen kunne indeholde opløsningsmiddel, og den anden side af membranen ville indeholde opløst stof. Bevægelse af opløsningsmiddel sker fra et område med højere koncentration til et område med lavere koncentration eller fra højere kemisk potentiale til lavere kemisk potentiale, indtil en ligevægt er nået. Denne strøm forekommer naturligt, så der skal anvendes noget input af den opløste side for at stoppe strømmen.
Det osmotisk tryk er det tryk, der ville stoppe denne strømning. Osmotisk tryk stiger generelt for løsninger. Jo flere opløste molekyler der er, jo mere presses opløsningsmiddelmolekylerne sammen. Tilstedeværelsen af opløste molekyler på den ene side af membranen betyder, at færre opløsningsmiddelmolekyler kan krydse ind i opløsningssiden. Det osmotiske tryk er direkte relateret til koncentrationen af opløst stof: mere opløst betyder et højere osmotisk tryk.
Colligative egenskaber og molalitet
Colligative egenskaber er alle afhængige af molaliteten (m) af en opløsning. Molalitet er defineret som mol opløst stof / kg opløsningsmiddel. Jo mere eller mindre et opløst stof, der er til stede i forhold til opløsningsmidlet, påvirker beregningerne af de fire kolligative egenskaber, der er skitseret ovenfor.
