Автомобильные антифризы, почечный диализ и использование каменной соли для приготовления мороженого, похоже, не имеют ничего общего. Но все они зависят от коллигативные свойства решений. Эти свойства являются физическими свойствами растворов, которые зависят только от отношения количества частиц растворенного вещества и растворителя (например, соли в воде) в растворе, а не идентичности растворенное вещество.
Клетки человеческого тела, клетки растений и растворы, такие как антифриз и мороженое, зависят от коллигативных свойств.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Слишком долго; Не читал (TL; DR)
Есть четыре коллигативных свойства: давление пара, точка кипения, точка замерзания и осмотическое давление. Эти физические свойства растворов зависят только от соотношения количества частиц растворенного вещества и растворителя в растворе, а не от того, что представляет собой растворенное вещество.
Снижение давления пара за счет добавления растворенного вещества
Растворитель (например, вода) имеет давление пара, обозначенное p1. Это равно одна атмосфера давления.
В равновесиегазовая фаза (например, водяной пар) над растворителем имеет парциальное давление, равное p1. Добавление растворенного вещества (например, поваренной соли, NaCl) снижает парциальное давление растворителя в газовой фазе. Уменьшение давления пара вызвано заменой молекул растворителя на поверхности раствора молекулами растворенного вещества. Молекулы растворителя «вытесняют» испарение. Поскольку на поверхности меньше молекул растворителя, давление пара снижается.
Повышение температуры кипения смеси
Доведение растворителя до кипения приводит к его испарению. Повышение точки кипенияили повышение температуры кипения растворителя происходит по той же причине, что и снижение давления пара. Повышенное количество растворенного вещества на поверхности препятствует испарению растворителя, поэтому для достижения точки кипения требуется больше энергии.
Это предполагает, что растворенное вещество является нелетучим, то есть имеет низкое давление пара при комнатной температуре. Летучие растворенные вещества с более низкой температурой кипения, чем у растворителя, могут фактически понизить точку кипения. Бензол является примером летучего органического соединения (ЛОС).
Понижение точки замерзания смеси
Температура замерзания раствора будет ниже, чем у чистого растворителя. Точка замерзания это температура, при которой жидкость становится твердой при 1 атмосфере. Понижение точки замерзания означает, что температура замерзания понижается. Это означает, что для замерзания жидкость должна быть холоднее. Причина, по которой это происходит, заключается в том, что присутствие растворенного вещества вносит больший беспорядок в систему, чем это было в случае только молекул растворителя. Следовательно, смесь должна быть более холодной, чтобы преодолеть влияние более неупорядоченной системы.
Практическое применение этого коллигативного свойства есть автомобильный антифриз. Температура замерзания раствора этиленгликоля 50/50 (CH2(ОН) СН2(OH)) составляет -33 градуса по Цельсию (-27,4 градуса по Фаренгейту) по сравнению с 0 градусом Цельсия (32 градуса по Фаренгейту). Антифриз добавляется в радиатор автомобиля, поэтому он должен подвергаться воздействию гораздо более низких температур, прежде чем вода в системе автомобиля замерзнет.
Осмотическое давление увеличивается для растворов
Осмос происходит, когда молекулы растворителя движутся через полупроницаемую мембрану. Одна сторона мембраны может содержать растворитель, а другая сторона мембраны может содержать растворенное вещество. Перемещение растворителя происходит из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией или от более высокого химического потенциала к более низкому химическому потенциалу до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. Этот поток возникает естественным образом, поэтому необходимо приложить некоторое давление на стороне растворенного вещества, чтобы остановить поток.
В осмотическое давление давление, которое остановило бы этот поток. Осмотическое давление для растворов обычно увеличивается. Чем больше молекул растворенного вещества, тем сильнее прижимаются молекулы растворителя. Присутствие молекул растворенного вещества на одной стороне мембраны означает, что меньшее количество молекул растворителя может проникнуть в сторону раствора. Осмотическое давление напрямую связано с концентрацией растворенного вещества: чем больше растворенного вещества, тем выше осмотическое давление.
Коллигативные свойства и моляльность
Все коллигативные свойства зависят от моляльности (m) раствора. Моляльность определяется как моль растворенного вещества / кг растворителя. Больше или меньше растворенного вещества, которое присутствует в соотношении с растворителем, будет влиять на расчеты четырех коллигативных свойств, описанных выше.