Automašīnu antifrīzs, nieru dialīze un akmens sāls izmantošana saldējuma pagatavošanai nešķiet tā, ka viņiem būtu kaut kas kopīgs. Bet tie visi ir atkarīgi no šķīdumu koligatīvās īpašības. Šīs īpašības ir šķīdumu fizikālās īpašības, kas ir atkarīgas tikai no skaitļa attiecības izšķīdušās vielas un šķīdinātāja (piemēram, sāls ūdenī) daļiņu šķīdumā, nevis uz šķīduma identitāti izšķīdis.
Cilvēka ķermeņa šūnas, augu šūnas un šķīdumi, piemēram, antifrīzs un saldējums, ir atkarīgi no koligatīvajām īpašībām.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Pārāk ilgi; Nelasīju (TL; DR)
Ir četras koligatīvās īpašības: tvaika spiediens, viršanas temperatūra, sasalšanas temperatūra un osmotiskais spiediens. Šīs šķīdumu fizikālās īpašības ir atkarīgas tikai no izšķīdušās vielas un šķīdinātāja daļiņu skaita attiecības šķīdumā, nevis no tā, kas ir izšķīdis.
Tvaika spiediena samazināšana, pievienojot izšķīdušo vielu
Šķīdinātājam (piemēram, ūdenim) ir tvaika spiediens, ko apzīmē ar p1. Tas ir vienāds ar viena spiediena atmosfēra.
Plkst līdzsvars, gāzes fāzei (piemēram, ūdens tvaikam) virs šķīdinātāja ir daļējs spiediens, kas vienāds ar p1. Pievienojot izšķīdušo vielu (piemēram, galda sāli, NaCl), samazinās šķīdinātāja daļējais spiediens gāzes fāzē. Tvaika spiediena pazemināšanos izraisa šķīdinātāja molekulas uz šķīduma virsmas aizstāj ar izšķīdušās molekulas. Šķīdinātāja molekulas "izstumj" iztvaikošanu. Tā kā uz virsmas ir mazāk šķīdinātāja molekulu, tvaika spiediens samazinās.
Viršanas punkta pacēlums maisījumā
Šķīdinātāju vārot, šķīdinātājs būtībā tiek iztvaicēts. Viršanas punkta pacēlumsvai paaugstinot temperatūru, kurā šķīdinātājs vārās, notiek līdzīga iemesla dēļ kā tvaika spiediena pazemināšanās. Palielināts izšķīdušās vielas daudzums uz virsmas kavē šķīdinātāja iztvaikošanu, tāpēc viršanas temperatūras sasniegšanai tas prasa vairāk enerģijas.
Tas pieņem, ka izšķīdušā viela nav gaistoša, tas ir, tai ir zems tvaika spiediens istabas temperatūrā. Gaistoša izšķīdušā viela ar zemāku viršanas temperatūru nekā šķīdinātājs faktiski var pazemināt viršanas temperatūru. Benzols ir gaistoša organiskā savienojuma (GOS) piemērs.
Sasalšanas punkta depresija maisījumā
Šķīduma sasalšanas temperatūra būs zemāka nekā tīra šķīdinātāja. Sasalšanas punkts ir temperatūra, kurā šķidrums kļūst ciets 1 atmosfērā. Sasalšanas punkta depresija nozīmē, ka sasalšanas temperatūra pazeminās. Tas nozīmē, ka šķidrumam jābūt aukstākam, lai panāktu sasalšanu. Iemesls tam ir tāpēc, ka izšķīdušās vielas klātbūtne ievieš sistēmā vairāk traucējumu, nekā tas bija tikai ar šķīdinātāja molekulām. Tāpēc maisījumam jābūt vēsākam, lai pārvarētu nesakārtotākas sistēmas sekas.
Šīs koligatīvās īpašības praktiskais pielietojums ir automobiļu antifrīzs. Etilēnglikola (CH250) 50/50 šķīduma sasalšanas temperatūra2(OH) CH2(OH)) ir -33 grādi pēc Celsija (-27,4 grādi pēc Fārenheita), salīdzinot ar 0 grādiem pēc Celsija (32 grādi pēc Fārenheita). Antifrīzs tiek pievienots automašīnas radiatoram, tāpēc automašīnai jābūt pakļautai daudz zemākai temperatūrai, pirms automašīnas sistēmā sasalst ūdens.
Osmotiskais spiediens palielinās risinājumiem
Osmoze rodas, kad šķīdinātāja molekulas pārvietojas caur puscaurlaidīgu membrānu. Vienā membrānas pusē varētu būt šķīdinātājs, bet membrānas otrā pusē būtu izšķīdis. Šķīdinātāja kustība notiek no apgabala ar lielāku koncentrāciju uz zemākas koncentrācijas zonu vai no augstāka ķīmiskā potenciāla uz zemāku ķīmisko potenciālu, līdz tiek sasniegts līdzsvars. Šī plūsma dabiski notiek, tāpēc plūsmas apturēšanai jāpieliek zināms spiediena daudzums izšķīdušās vielas pusē.
The osmotiskais spiediens ir spiediens, kas apturētu šo plūsmu. Šķīdumiem osmotiskais spiediens parasti palielinās. Jo vairāk izšķīdušās molekulas ir, jo vairāk šķīdinātāja molekulas tiek saspiestas kopā. Izšķīdušās molekulas klātbūtne vienā membrānas pusē nozīmē, ka mazāk šķīdinātāja molekulu var šķērsot šķīduma pusē. Osmotiskais spiediens ir tieši saistīts ar izšķīdušās vielas koncentrāciju: vairāk izšķīdušās vielas nozīmē augstāku osmotisko spiedienu.
Koligatīvās īpašības un molalitāte
Koligatīvās īpašības ir atkarīgas no šķīduma molalitātes (m). Molalitāti definē kā izšķīdušās vielas molus / kg šķīdinātāja. Vairāk vai mazāk izšķīdušās vielas, kas atrodas proporcijā ar šķīdinātāju, ietekmēs iepriekš aprakstīto četru koligatīvo īpašību aprēķinus.
