L'antigel automobile, la dialyse rénale et l'utilisation de sel gemme pour faire de la crème glacée ne semblent pas avoir quelque chose en commun. Mais ils dépendent tous de la propriétés colligatives des solutions. Ces propriétés sont les propriétés physiques des solutions qui ne dépendent que du rapport du nombre de particules de soluté et de solvant (par exemple, sel dans l'eau) en solution et non sur l'identité du soluté.
Les cellules du corps humain, les cellules végétales et les solutions telles que l'antigel et la crème glacée dépendent des propriétés colligatives.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
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Il existe quatre propriétés colligatives: la pression de vapeur, le point d'ébullition, le point de congélation et la pression osmotique. Ces propriétés physiques des solutions ne dépendent que du rapport du nombre de particules de soluté et de solvant en solution et non de ce qu'est le soluté.
Diminuer la pression de vapeur en ajoutant un soluté
Un solvant (comme l'eau) a une pression de vapeur notée p1. Ceci est égal à une atmosphère de pression.
À équilibre, la phase gazeuse (telle que la vapeur d'eau) au-dessus du solvant a une pression partielle égale à p1. L'ajout d'un soluté (comme le sel de table, NaCl), diminue la pression partielle du solvant dans la phase gazeuse. La diminution de la pression de vapeur est causée par le remplacement des molécules de solvant à la surface de la solution par des molécules de soluté. Les molécules de solvant « évincent » la vaporisation. Comme il y a moins de molécules de solvant à la surface, la pression de vapeur diminue.
Élévation du point d'ébullition dans un mélange
Porter un solvant à ébullition vaporise essentiellement le solvant. Élévation du point d'ébullition, ou l'augmentation de la température à laquelle le solvant bout, se produit pour une raison similaire à la dépression de la pression de vapeur. La quantité accrue de soluté à la surface inhibe la vaporisation du solvant, il faut donc plus d'énergie pour atteindre le point d'ébullition.
Cela suppose que le soluté est non volatil, c'est-à-dire qu'il a une faible pression de vapeur à température ambiante. Un soluté volatil avec un point d'ébullition inférieur à celui du solvant peut en fait abaisser le point d'ébullition. Le benzène est un exemple de composé organique volatil (COV).
Dépression du point de congélation dans un mélange
Le point de congélation d'une solution sera inférieur à celui du solvant pur. Point de congélation est la température à laquelle un liquide devient solide à 1 atmosphère. Abaissement du point de congélation signifie que la température de congélation baisse. Cela signifie que le liquide doit être plus froid pour obtenir la congélation. La raison pour laquelle cela se produit est que la présence d'un soluté introduit plus de désordre dans le système que ce n'était le cas avec les seules molécules de solvant. Par conséquent, le mélange doit être plus froid pour surmonter les effets du système plus désordonné.
Une application pratique de cette propriété colligative est antigel automobile. Le point de congélation d'une solution 50/50 d'éthylène glycol (CH2(OH)CH2(OH)) est de -33 degrés Celsius (-27,4 degrés Fahrenheit), contre 0 degré Celsius (32 degrés Fahrenheit). L'antigel est ajouté au radiateur d'une voiture de sorte que la voiture doit être exposée à des températures beaucoup plus basses avant que l'eau du système de la voiture ne gèle.
Augmentation de la pression osmotique pour les solutions
Osmose se produit lorsque les molécules de solvant se déplacent à travers une membrane semi-perméable. Un côté de la membrane pourrait contenir du solvant, et l'autre côté de la membrane contiendrait du soluté. Le mouvement du solvant se produit d'une zone de concentration plus élevée à une zone de concentration plus faible, ou d'un potentiel chimique plus élevé à un potentiel chimique plus faible jusqu'à ce qu'un équilibre soit atteint. Ce flux se produit naturellement, donc une certaine pression du côté soluté doit être appliquée pour arrêter le flux.
le pression osmotique est la pression qui arrêterait ce flux. La pression osmotique augmente généralement pour les solutions. Plus il y a de molécules de soluté, plus les molécules de solvant sont pressées les unes contre les autres. La présence de molécules de soluté sur un côté de la membrane signifie que moins de molécules de solvant peuvent traverser le côté solution. La pression osmotique est directement liée à la concentration de soluté: plus de soluté se traduit par une pression osmotique plus élevée.
Propriétés colligatives et molalité
Les propriétés colligatives dépendent toutes de la molalité (m) d'une solution. La molalité est définie en moles de soluté/kg de solvant. Le plus ou le moins d'un soluté présent en proportion avec le solvant affectera les calculs des quatre propriétés colligatives décrites ci-dessus.