Το αντιψυκτικό αυτοκινήτου, η αιμοκάθαρση των νεφρών και η χρήση αλατιού ροκ για να κάνουν το παγωτό δεν φαίνεται να έχουν κάτι κοινό. Αλλά όλα εξαρτώνται από το συνεργατικές ιδιότητες των λύσεων. Αυτές οι ιδιότητες είναι οι φυσικές ιδιότητες των λύσεων που εξαρτώνται μόνο από την αναλογία του αριθμού σωματιδίων διαλυμένης ουσίας και διαλύτη (π.χ. άλας σε νερό) σε διάλυμα και όχι στην ταυτότητα του διαλυτό.
Τα κύτταρα του ανθρώπινου σώματος, τα φυτικά κύτταρα και τα διαλύματα όπως το αντιψυκτικό και το παγωτό εξαρτώνται από τις συνεργικές ιδιότητες.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Πολύ μακρύ; Δεν διαβάσατε (TL; DR)
Υπάρχουν τέσσερις συνεργικές ιδιότητες: πίεση ατμών, σημείο βρασμού, σημείο πήξης και οσμωτική πίεση. Αυτές οι φυσικές ιδιότητες των διαλυμάτων εξαρτώνται μόνο από την αναλογία του αριθμού των σωματιδίων της διαλυμένης ουσίας και του διαλύτη στο διάλυμα και όχι από το τι είναι η διαλυμένη ουσία.
Μείωση της πίεσης ατμών με την προσθήκη διαλυμένης ουσίας
Ένας διαλύτης (όπως νερό) έχει τάση ατμών που υποδηλώνεται με ρ1. Αυτό είναι ίσο με μια ατμόσφαιρα πίεσης.
Στο ισορροπία, η αέρια φάση (όπως υδρατμοί) πάνω από τον διαλύτη έχει μερική πίεση ίση με p1. Η προσθήκη διαλυμένης ουσίας (όπως επιτραπέζιο αλάτι, NaCl), μειώνει τη μερική πίεση του διαλύτη στην αέρια φάση. Η μείωση της τάσης ατμών προκαλείται από την αντικατάσταση των μορίων του διαλύτη στην επιφάνεια του διαλύματος από μόρια διαλυμένης ουσίας. Τα μόρια του διαλύτη εξατμίζονται. Επειδή υπάρχουν λιγότερα μόρια διαλύτη στην επιφάνεια, η πίεση ατμών μειώνεται.
Ανύψωση σημείου βρασμού σε μείγμα
Η λήψη ενός διαλύτη σε βρασμό εξατμίζει ουσιαστικά τον διαλύτη. Ανύψωση σημείου βρασμού, ή αύξηση της θερμοκρασίας στην οποία βράζει ο διαλύτης, συμβαίνει για παρόμοιο λόγο με την καταστολή της πίεσης ατμών. Η αυξημένη ποσότητα της διαλυμένης ουσίας στην επιφάνεια αναστέλλει την εξάτμιση του διαλύτη, επομένως απαιτεί περισσότερη εισροή ενέργειας για την επίτευξη του σημείου βρασμού.
Αυτό προϋποθέτει ότι η διαλυμένη ουσία δεν είναι πτητική, δηλαδή έχει χαμηλή τάση ατμών σε θερμοκρασία δωματίου. Μια πτητική διαλυμένη ουσία με χαμηλότερο σημείο βρασμού από ότι ο διαλύτης μπορεί στην πραγματικότητα να συμπιέσει το σημείο βρασμού. Το βενζόλιο είναι ένα παράδειγμα πτητικής οργανικής ένωσης (VOC).
Κατάθλιψη σημείου πήξης σε μείγμα
Το σημείο πήξης ενός διαλύματος θα είναι χαμηλότερο από αυτό του καθαρού διαλύτη. Σημείο πήξης είναι η θερμοκρασία στην οποία ένα υγρό γίνεται στερεό σε 1 ατμόσφαιρα. Κατάθλιψη σημείου πήξης σημαίνει ότι η θερμοκρασία κατάψυξης χαμηλώνει. Αυτό σημαίνει ότι το υγρό πρέπει να είναι πιο κρύο για να επιτευχθεί η κατάψυξη. Ο λόγος που συμβαίνει αυτό είναι επειδή η παρουσία μιας διαλυμένης ουσίας εισάγει περισσότερη διαταραχή στο σύστημα από ό, τι υπήρχε μόνο με τα μόρια του διαλύτη. Επομένως, το μείγμα πρέπει να είναι πιο κρύο για να ξεπεραστούν τα αποτελέσματα του πιο διαταραγμένου συστήματος.
Μια πρακτική εφαρμογή αυτής της συνεργατικής ιδιότητας είναι αντιψυκτικό αυτοκινήτων. Το σημείο πήξης ενός διαλύματος αιθυλενογλυκόλης 50/50 (CH2(ΟΗ) CH2(OH)) είναι -33 βαθμούς Κελσίου (-27,4 βαθμοί Φαρενάιτ), σε σύγκριση με 0 βαθμούς Κελσίου (32 βαθμοί Φαρενάιτ). Το αντιψυκτικό προστίθεται στο ψυγείο ενός αυτοκινήτου, έτσι ώστε το αυτοκίνητο να πρέπει να εκτίθεται σε πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες προτού παγώσει το νερό στο σύστημα του αυτοκινήτου.
Η οσμωτική πίεση αυξάνεται για λύσεις
Ωσμωση συμβαίνει όταν τα μόρια του διαλύτη κινούνται μέσω μιας ημιπερατής μεμβράνης. Η μία πλευρά της μεμβράνης θα μπορούσε να περιέχει διαλύτη και η άλλη πλευρά της μεμβράνης θα περιέχει διαλυμένη ουσία. Η κίνηση του διαλύτη συμβαίνει από μια περιοχή υψηλότερης συγκέντρωσης σε μια περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης, ή από υψηλότερο χημικό δυναμικό σε χαμηλότερο χημικό δυναμικό έως ότου επιτευχθεί ισορροπία. Αυτή η ροή συμβαίνει φυσικά, οπότε πρέπει να εφαρμοστεί κάποια πίεση στην πλευρά της διαλυμένης ουσίας για να σταματήσει η ροή.
ο οσμωτική πίεση είναι η πίεση που θα σταματούσε αυτή τη ροή. Η οσμωτική πίεση γενικά αυξάνεται για λύσεις. Όσο περισσότερα μόρια διαλυμένης ουσίας υπάρχουν, τόσο περισσότερο συμπιέζονται τα μόρια διαλύτη. Η παρουσία μορίων διαλυμένης ουσίας στη μία πλευρά της μεμβράνης σημαίνει ότι λιγότερα μόρια διαλύτη μπορούν να περάσουν στην πλευρά του διαλύματος. Η οσμωτική πίεση σχετίζεται άμεσα με τη συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας: η περισσότερη διαλυμένη ουσία μεταφράζεται σε υψηλότερη οσμωτική πίεση.
Συνεργατικές Ιδιότητες και Μοριακότητα
Οι συνεργικές ιδιότητες εξαρτώνται από την μοριακότητα (m) ενός διαλύματος. Η μοριακότητα ορίζεται ως γραμμομόρια διαλυμένης ουσίας / kg διαλύτη. Το περισσότερο, ή λιγότερο, μιας διαλυμένης ουσίας που υπάρχει σε αναλογία με τον διαλύτη θα επηρεάσει τους υπολογισμούς των τεσσάρων συνεργατικών ιδιοτήτων που περιγράφονται παραπάνω.