Automobilová nemrznúca zmes, dialýza obličiek a výroba kamennej soli na výrobu zmrzliny sa nezdajú byť nič spoločné. Ale všetky závisia od koligatívne vlastnosti riešení. Tieto vlastnosti sú fyzikálnymi vlastnosťami roztokov, ktoré závisia iba od pomeru počtu častíc rozpustenej látky a rozpúšťadla (napr. soli vo vode) v roztoku a nie na totožnosti rozpustená látka.
Bunky ľudského tela, rastlinné bunky a roztoky, ako je nemrznúca zmes a zmrzlina, závisia od koligatívnych vlastností.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Príliš dlho; Nečítali (TL; DR)
Existujú štyri koligatívne vlastnosti: tlak pár, bod varu, bod tuhnutia a osmotický tlak. Tieto fyzikálne vlastnosti roztokov závisia iba od pomeru počtu častíc rozpustenej látky a rozpúšťadla v roztoku, a nie od toho, čo je rozpustná látka.
Zníženie tlaku pár pridaním rozpustenej látky
Rozpúšťadlo (ako je voda) má tlak pár označený pl. To sa rovná jedna tlaková atmosféra.
O rovnováha, plynná fáza (napríklad vodná para) nad rozpúšťadlom má parciálny tlak rovný pi. Pridaním rozpustenej látky (ako je kuchynská soľ, NaCl) sa zníži parciálny tlak rozpúšťadla v plynnej fáze. Pokles tlaku pár je spôsobený tým, že molekuly rozpúšťadla na povrchu roztoku sú nahradené molekulami rozpustenej látky. Molekuly rozpúšťadla „vytlačujú“ odparovanie. Pretože na povrchu je menej molekúl rozpúšťadla, tlak pár klesá.
Zvýšenie bodu varu v zmesi
Uvedenie rozpúšťadla do varu sa v podstate odparí. Prevýšenie bodu varu, alebo zvýšenie teploty, pri ktorej rozpúšťadlo vrie, nastáva z podobného dôvodu ako pokles tlaku pary. Zvýšené množstvo rozpustenej látky na povrchu inhibuje odparovanie rozpúšťadla, takže na dosiahnutie bodu varu je potrebný väčší prísun energie.
To predpokladá, že rozpustená látka je neprchavá, to znamená, že má nízky tlak pár pri izbovej teplote. Prchavá rozpustná látka s nižšou teplotou varu ako rozpúšťadlo môže skutočne znížiť teplotu varu. Benzén je príkladom prchavej organickej zlúčeniny (VOC).
Depresia bodu mrazu v zmesi
Teplota tuhnutia roztoku bude nižšia ako teplota čistého rozpúšťadla. Bod mrazu je teplota, pri ktorej sa kvapalina stáva pevnou pri 1 atmosfére. Depresia bodu mrazu znamená, že teplota tuhnutia klesá. To znamená, že kvapalina musí byť na dosiahnutie zmrazenia chladnejšia. Dôvodom je to, že prítomnosť rozpustenej látky vnáša do systému viac porúch, ako bolo prítomné iba v prípade molekúl rozpúšťadla. Preto musí byť zmes chladnejšia, aby prekonala účinky narušeného systému.
Praktická aplikácia tejto koligatívnej vlastnosti je automobilová nemrznúca zmes. Bod tuhnutia 50/50 roztoku etylénglykolu (CH2(OH) CH2(OH)) je -33 stupňov Celzia (-27,4 stupňa Fahrenheita) v porovnaní s 0 stupňami Celzia (32 stupňov Fahrenheita). Do chladiča vozidla sa pridáva nemrznúca zmes, takže vozidlo musí byť vystavené oveľa nižším teplotám pred zamrznutím vody v systéme vozidla.
Osmotický tlak sa zvyšuje pre riešenia
Osmóza nastáva, keď sa molekuly rozpúšťadla pohybujú cez polopriepustnú membránu. Jedna strana membrány by mohla obsahovať rozpúšťadlo a druhá strana membrány by mohla obsahovať rozpustenú látku. Pohyb rozpúšťadla nastáva z oblasti s vyššou koncentráciou do oblasti s nižšou koncentráciou alebo z vyššieho chemického potenciálu na nižší chemický potenciál, kým sa nedosiahne rovnováha. Tento prietok sa prirodzene vyskytuje, takže na zastavenie prietoku je potrebné použiť určitý tlak na strane rozpustenej látky.
The osmotický tlak je tlak, ktorý by zastavil tento tok. Osmotický tlak sa pri riešeniach všeobecne zvyšuje. Čím viac molekúl rozpustených látok je, tým viac sú molekuly rozpúšťadla stlačené k sebe. Prítomnosť molekúl rozpustenej látky na jednej strane membrány znamená, že menej molekúl rozpúšťadla môže prechádzať na stranu roztoku. Osmotický tlak priamo súvisí s koncentráciou rozpustenej látky: viac rozpustenej látky sa premieta do vyššieho osmotického tlaku.
Koligatívne vlastnosti a molalita
Všetky koligatívne vlastnosti závisia od molality (m) roztoku. Molalita je definovaná ako móly rozpustenej látky / kg rozpúšťadla. Viac alebo menej rozpustenej látky, ktorá je prítomná v pomere k rozpúšťadlu, ovplyvní výpočty štyroch koligatívnych vlastností uvedených vyššie.