Frostskyddsmedel, njurdialys och användning av bergsalt för att göra glass verkar inte ha något gemensamt. Men de är alla beroende av kolligativa egenskaper hos lösningar. Dessa egenskaper är de fysiska egenskaperna hos lösningar som endast beror på antalet förhållanden av partiklar av lösligt ämne och lösningsmedel (t.ex. salt i vatten) i lösning och inte på identiteten hos produkten löst.
Människokroppens celler, växtceller och lösningar som frostskyddsmedel och glass beror på kolligativa egenskaper.
TL; DR (för lång; Läste inte)
För länge; Läste inte (TL; DR)
Det finns fyra kolligativa egenskaper: ångtryck, kokpunkt, fryspunkt och osmotiskt tryck. Dessa fysiska egenskaper hos lösningar beror endast på förhållandet mellan antalet partiklar av löst och lösningsmedel i lösning och inte av vad lösningen är.
Minska ångtrycket genom att tillsätta en lösning
Ett lösningsmedel (såsom vatten) har ett ångtryck betecknat med pl. Detta är lika med en atmosfär av tryck.
På jämvikt, har gasfasen (såsom vattenånga) ovanför lösningsmedlet ett partiellt tryck lika med pl. Tillsats av en löst substans (som bordssalt, NaCl) minskar lösningsmedlets partiella tryck i gasfasen. Minskningen i ångtryck orsakas av att lösningsmedelsmolekylerna på ytan av lösningen ersätts med lösta molekyler. Lösningsmedelsmolekylerna "tränger ut" förångning. Eftersom det finns mindre lösningsmedelsmolekyler på ytan minskar ångtrycket.
Kokpunktens höjd i en blandning
Att koka ett lösningsmedel förångar i huvudsak lösningsmedlet. Kokpunktens höjdeller att öka temperaturen vid vilken lösningsmedlet kokar, inträffar av en liknande anledning som ångtrycksdämpning. Den ökade mängden löst ämne på ytan förhindrar förångning av lösningsmedlet, så det kräver mer energiintag för att uppnå kokpunkten.
Detta förutsätter att det lösta ämnet inte är flyktigt, det vill säga det har lågt ångtryck vid rumstemperatur. En flyktig löst substans med en lägre kokpunkt än lösningsmedlet kan faktiskt sänka kokpunkten. Bensen är ett exempel på en flyktig organisk förening (VOC).
Fryspunktsdepression i en blandning
Frysningspunkten för en lösning kommer att vara lägre än för det rena lösningsmedlet. Frys punkt är den temperatur vid vilken en vätska blir fast vid 1 atmosfär. Fryspunktsdepression betyder att frysningstemperaturen sänks. Detta innebär att vätskan måste vara kallare för att frysa. Anledningen till att detta inträffar beror på att närvaron av en löst substans introducerar mer störningar i systemet än vad som fanns med bara lösningsmedelsmolekylerna. Därför måste blandningen vara kallare för att övervinna effekterna av det mer oordningiga systemet.
En praktisk tillämpning av denna kolligativa egenskap är frostskyddsmedel för bilar. Fryspunkten för en 50/50 lösning av etylenglykol (CH2(OH) CH2(OH)) är -33 grader Celsius (-27,4 grader Fahrenheit), jämfört med 0 grader Celsius (32 grader Fahrenheit). Frostskyddsmedel tillsätts i bilens kylare så att bilen måste utsättas för mycket lägre temperaturer innan vattnet i bilens system fryser.
Osmotiskt tryck ökar för lösningar
Osmos uppstår när lösningsmedelsmolekyler rör sig genom ett semipermeabelt membran. En sida av membranet kan innehålla lösningsmedel och den andra sidan av membranet innehåller löst ämne. Förflyttning av lösningsmedel sker från ett område med högre koncentration till ett område med lägre koncentration eller från högre kemisk potential till lägre kemisk potential tills en jämvikt uppnås. Detta flöde uppträder naturligt, så en viss inmatning av tryck på den lösta sidan måste appliceras för att stoppa flödet.
De osmotiskt tryck är trycket som skulle stoppa det flödet. Osmotiskt tryck ökar vanligtvis för lösningar. Ju fler lösta molekyler det finns, desto mer pressas lösningsmedelsmolekylerna samman. Närvaron av lösta molekyler på ena sidan av membranet innebär att färre lösningsmedelsmolekyler kan passera in i lösningssidan. Det osmotiska trycket är direkt relaterat till koncentrationen av upplöst ämne: mer upplöst översätts till ett högre osmotiskt tryck.
Kolligativa egenskaper och molalitet
Kolligativa egenskaper är alla beroende av molaliteten (m) för en lösning. Molalitet definieras som mol löst / kg lösningsmedel. Ju mer eller mindre av ett löst ämne som är närvarande i förhållande till lösningsmedlet kommer att påverka beräkningarna av de fyra kolligativa egenskaperna som beskrivs ovan.