Frostvæske, nyredialyse og bruk av steinsalt for å lage iskrem ser ikke ut til å ha noe til felles. Men de er alle avhengige av kolligative egenskaper til løsninger. Disse egenskapene er de fysiske egenskapene til løsninger som bare avhenger av forholdet mellom tallet av partikler av løsemiddel og løsningsmiddel (f.eks. salt i vann) i oppløsning og ikke på identiteten til løsemiddel.
Menneskekroppens celler, planteceller og løsninger som frostvæske og is avhenger av kolligasjonsegenskaper.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
For lenge; Leste ikke (TL; DR)
Det er fire kolligative egenskaper: damptrykk, kokepunkt, frysepunkt og osmotisk trykk. Disse fysiske egenskapene til oppløsninger avhenger bare av forholdet mellom antall partikler oppløst og løsemiddel i oppløsning, og ikke av hva oppløsningen er.
Redusere damptrykket ved å tilsette en løsemiddel
Et løsningsmiddel (for eksempel vann) har et damptrykk betegnet med p1. Dette er lik en atmosfære av trykk.
På likevekt, har gassfasen (slik som vanndamp) over løsningsmidlet et partialtrykk lik p1. Tilsetning av løsemiddel (som bordsalt, NaCl), reduserer partialtrykket til løsningsmidlet i gassfasen. Reduksjonen i damptrykk er forårsaket av at løsningsmiddelmolekylene på overflaten av løsningen erstattes av oppløste molekyler. Løsemiddelmolekylene "fortrenger" fordampning. Fordi det er mindre løsemiddelmolekyler på overflaten, reduseres damptrykket.
Kokepunktforhøyelse i en blanding
Å koke et løsningsmiddel fordamper i hovedsak løsningsmidlet. Kokepunkt høyde, eller øke temperaturen ved hvilken løsningsmidlet koker, oppstår av en lignende grunn som damptrykkdepresjon. Den økte mengden løsemiddel på overflaten hemmer fordampning av løsningsmidlet, så det krever mer energiinngang for å oppnå kokepunktet.
Dette antar at løsemidlet ikke er flyktig, det vil si at det har et lavt damptrykk ved romtemperatur. En flyktig løsemiddel med lavere kokepunkt enn løsningsmidlet kan faktisk senke kokepunktet. Benzen er et eksempel på en flyktig organisk forbindelse (VOC).
Frysepunktsdepresjon i en blanding
Frysepunktet for en løsning vil være lavere enn for det rene løsningsmidlet. Frysepunktet er temperaturen der en væske blir fast ved 1 atmosfære. Frysepunkt depresjon betyr at frysetemperaturen senkes. Dette betyr at væsken må være kaldere for å oppnå frysing. Årsaken til at dette skjer, er at tilstedeværelsen av en løsemiddel introduserer mer forstyrrelser i systemet enn det som var tilstede med bare løsningsmiddelmolekylene. Derfor må blandingen være kaldere for å overvinne effektene av det mer uordnede systemet.
En praktisk anvendelse av denne kolligative egenskapen er frostvæske. Frysepunktet for en 50/50 løsning av etylenglykol (CH2(OH) CH2(OH)) er -33 grader Celsius (-27,4 grader Fahrenheit), sammenlignet med 0 grader Celsius (32 grader Fahrenheit). Frostvæske tilsettes bilens radiator slik at bilen må utsettes for mye lavere temperaturer før vannet i bilens system fryser.
Osmotisk trykk øker for løsninger
Osmose oppstår når løsemiddelmolekyler beveger seg gjennom en semipermeabel membran. Den ene siden av membranen kan inneholde løsemiddel, og den andre siden av membranen vil inneholde løsemiddel. Bevegelse av løsemiddel skjer fra et område med høyere konsentrasjon til et område med lavere konsentrasjon, eller fra høyere kjemisk potensial til lavere kjemisk potensial til en likevekt er nådd. Denne strømmen forekommer naturlig, så det må brukes noe trykk på den oppløste siden for å stoppe strømmen.
De osmotisk trykk er trykket som vil stoppe den strømmen. Osmotisk trykk øker generelt for løsninger. Jo flere oppløste molekyler det er, jo mer blir løsemiddelmolekylene presset sammen. Tilstedeværelsen av oppløste molekyler på den ene siden av membranen betyr at færre løsningsmiddelmolekyler kan krysse inn i løsningssiden. Det osmotiske trykket er direkte relatert til konsentrasjonen av løsemiddel: mer løsemiddel oversettes til et høyere osmotisk trykk.
Colligative egenskaper og molalitet
Colligative egenskaper er alle avhengige av molaliteten (m) til en løsning. Molalitet er definert som mol oppløst stoff / kg løsningsmiddel. Jo mer eller mindre, av et oppløst stoff som er tilstede i forhold til løsningsmidlet, vil påvirke beregningene av de fire kolligative egenskapene som er skissert ovenfor.