Zdi se, da avtomobilski antifriz, dializa ledvic in uporaba kamene soli za pripravo sladoleda ne bi imeli nič skupnega. Toda vsi so odvisni od koligacijske lastnosti raztopin. Te lastnosti so fizikalne lastnosti raztopin, ki so odvisne samo od razmerja med številom delcev topljene snovi in topila (npr. sol v vodi) v raztopini in ne na identiteti topljen.
Celice, rastlinske celice in raztopine človeškega telesa, kot sta antifriz in sladoled, so odvisne od koligativnih lastnosti.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Predolgo; Nisem prebral (TL; DR)
Obstajajo štiri koligacijske lastnosti: parni tlak, vrelišče, ledišče in osmotski tlak. Te fizikalne lastnosti raztopin so odvisne le od razmerja med številom delcev topljene snovi in topila v raztopini in ne od tega, kakšna je raztopljena snov.
Zmanjšanje parnega tlaka z dodajanjem topljene snovi
Topilo (na primer voda) ima parni tlak, označen s p1. To je enako eno ozračje pritiska.
Ob ravnotežjeima plinska faza (kot je vodna para) nad topilom delni tlak p1. Dodajanje topljene snovi (kot kuhinjska sol, NaCl) zmanjša parcialni tlak topila v plinski fazi. Znižanje parnega tlaka povzročijo molekule topila na površini raztopine, ki jih nadomestijo molekule topljene snovi. Molekule topila "iztisnejo" uparjanje. Ker je na površini manj molekul topil, se parni tlak zmanjša.
Nadmorska višina vrelišča v mešanici
Če topilo zavre, topilo v bistvu upari. Nadmorska višina vrelišča, ali povečanje temperature, pri kateri topilo vre, se zgodi iz podobnega razloga kot upadanje parnega tlaka. Povečana količina topljene snovi na površini zavira uparjanje topila, zato za dosego vrelišča potrebuje več energije.
To predpostavlja, da je topljeno sredstvo nehlapno, to pomeni, da ima pri sobni temperaturi nizek parni tlak. Hlapna topljena tekočina z nižjim vreliščem kot topilo lahko dejansko zniža vrelišče. Benzen je primer hlapne organske spojine (HOS).
Depresija ledišča v mešanici
Zmrzišče raztopine bo nižje od ledišča čistega topila. Zmrzišče je temperatura, pri kateri tekočina postane trdna pri 1 atmosferi. Depresija ledišča pomeni, da se temperatura zmrzovanja zniža. To pomeni, da mora biti tekočina hladnejša, da dosežemo zmrzovanje. Razlog za to je, ker prisotnost topljene snovi v sistem povzroči več motenj, kot je bila prisotna samo pri molekulah topila. Zato mora biti mešanica hladnejša, da premaga učinke bolj neurejenega sistema.
Praktična uporaba te koligativne lastnosti je avtomobilski antifriz. Zmrzišče 50/50 raztopine etilen glikola (CH2(OH) CH2(OH)) je -33 stopinj Celzija (-27,4 stopinje Fahrenheita), v primerjavi z 0 stopinj Celzija (32 stopinj Fahrenheita). V hladilnik avtomobila se doda antifriz, tako da mora biti avtomobil izpostavljen precej nižjim temperaturam, preden voda v sistemu avtomobila zamrzne.
Osmotski tlak se poveča za rešitve
Osmoza se pojavi, ko se molekule topil premikajo skozi polprepustno membrano. Ena stran membrane bi lahko vsebovala topilo, druga stran membrane pa bi vsebovala topljeno snov. Premik topila poteka iz območja z višjo koncentracijo v območje z nižjo koncentracijo ali iz višjega kemijskega potenciala v nižji kemijski potencial, dokler ne dosežemo ravnotežja. Ta tok se naravno pojavi, zato je treba za zaustavitev toka uporabiti določen vnos tlaka na strani topljene snovi.
The osmotski tlak je tlak, ki bi ta pretok ustavil. Osmotski tlak se v raztopinah običajno poveča. Več kot je topljenih molekul, bolj so molekule topil stisnjene skupaj. Prisotnost molekul topljenih snovi na eni strani membrane pomeni, da lahko manj molekul topil preide na stran raztopine. Osmotski tlak je neposredno povezan s koncentracijo topljene snovi: več topljene snovi pomeni višji osmotski tlak.
Koligativne lastnosti in molalnost
Koligacijske lastnosti so odvisne od molalnosti (m) raztopine. Molalnost je opredeljena kot moli topljene snovi / kg topila. Več ali manj topljene snovi, ki je prisotna v razmerju s topilom, bo vplivalo na izračune zgoraj opisanih štirih koligativnih lastnosti.