Ratkaisujen kollektiiviset ominaisuudet: määritelmä, tyypit ja esimerkit
Ratkaisujen kollektiivisten ominaisuuksien määrittely
Kolligatiiviset ominaisuudet ovat liuoksen ominaisuuksia, jotka eivät riipu liuenneen aineen tyypistä, mutta riippuvat liuenneen aineen hiukkasten lukumäärästä. Joten tämä ominaisuus ei riipu ratkaisun tyypistä. Neljäs ominaisuus on höyrynpaineen lasku, kiehumispisteen nousu, jäätymispisteen aleneminen ja osmoottinen paine.
Kolligatiiviset ominaisuudet voidaan jakaa kahteen tyyppiin, nimittäin elektrolyytti- ja ei-elektrolyyttiliuosten luonteeseen. Tämä johtuu siitä, että elektrolyyttiliuoksessa olevan liuenneen aineen määrä kasvaa ionisoinnin aikana, kun taas liuenneen aineen määrä elektrolyyttiliuoksessa kasvaa ei ole, koska se ei hajoa ioneiksi, määräysten mukaan ei-elektrolyyttikollektiiviset ominaisuudet ovat alhaisemmat kuin liuosominaisuudet elektrolyytti.
Lue myös: Liuoksen ja liukoisuuden määritelmä kemiassa ja esimerkkejä
Ratkaisujen kollektiivisten ominaisuuksien tyypit
Seuraavat ovat ratkaisujen kollektiivisten ominaisuuksien tyypit seuraavasti:
Ei-elektrolyyttiliuosten kollektiiviset ominaisuudet
Ei-elektrolyyttiliuosten kolligatiiviset ominaisuudet ovat hyvin erilaisia kuin elektrolyyttiliuosten kolligatiiviset ominaisuudet, koska ei-elektrolyyttiliuokset eivät voi hajota ioneiksi. Sitten muiden kuin elektrolyyttiliuosten kolligatiiviset ominaisuudet voidaan laskea laskemalla höyrynpaine, kiehumispiste, jäätymispiste ja osmoottinen paine. Kolligatiivisten ominaisuuksien lain mukaan liuoksen höyrynpaineen, jäätymispisteen ja kiehumispisteen ja paineen ero Puhtaan liuottimen höyry, jäätymis- ja kiehumispisteet ovat suoraan verrannollisia liuenneen aineen moolipitoisuuteen. Kolligatiivisten ominaisuuksien lakia noudattavaa ratkaisua kutsutaan ihanteelliseksi ratkaisuksi. Suurin osa ratkaisuista on ihanteellisia vain, jos ne ovat hyvin laimennettuja.
Vaikka kolligatiiviset ominaisuudet sisältävät ratkaisuja, kolligatiiviset ominaisuudet eivät riipu niiden välisestä vuorovaikutuksesta liuottimen ja liuenneen aineen molekyylit, mutta riippuu a ratkaisu. Kolligatiiviset ominaisuudet koostuvat höyrynpaineen alenemisesta, kiehumispisteen noususta, jäätymispisteen alenemisesta ja osmoottisesta paineesta.
Elektrolyyttiliuosten kollektiiviset ominaisuudet
Elektrolyyttiliuoksilla on kolligatiivisia ominaisuuksia, jotka ovat suurempia kuin edellä ei-elektrolyyttiliuosten kolligatiivisten ominaisuuksien yhtälöllä lasketut tulokset. Vertailu elektrolyyttiliuosten näkyvien kolligatiivisten ominaisuuksien ja laskentatulosten välillä muiden kuin elektrolyyttiliuosten kolligatiivisten ominaisuuksien yhtälön kanssa Van't Hoff suuruus on aina kiinteä ja sille annetaan symboli i (i = vakio tai kerroin Van't Hoff ). Näin voidaan kirjoittaa:
i = pitoisuuselektrolyyttiliuoksen kolligatiivinen ominaisuus m / ei-elektrolyyttiliuoksen pitoisuus m kolligatiivinen ominaisuus
Tiedot:
n = elektrolyytti-ionien kokonaismäärä (sekä + että -)
= elektrolyyttiliuoksen ionisaatioaste (voimakkaille elektrolyytteille = 1)
Mitä pienempi elektrolyyttiliuoksen konsentraatio, sitä suurempi on i: n arvo, mikä on lähempänä elektrolyyttiyhdisteen yhden molekyylin tuottamien ionien lukumäärää. Laimennetulle liuokselle, ts. Liuokselle, jonka konsentraatio on alle 0,001 m, i: n arvon katsotaan olevan yhtä suuri kuin ionien lukumäärä.
Lue myös: Diffuusion, prosessin, tekijöiden ja esimerkkien määritelmä
Höyrynpaineen lasku
Ranskalainen kemisti FM Roult huomasi 1880-luvulla, että liuenneen aineen liuottaminen alensi liuottimen höyrynpainetta. Höyrynpaineen kokonaishäviön (penurunanP) osoitetaan olevan yhtä suuri kuin liuenneen aineen (Xb) mooliosuuden ja puhtaan liuottimen (PAO) höyrynpaineen tulo, nimittäin:
P: XB.PAo
Kaksikomponenttiliuoksessa XA + XB = 1, sitten XB = 1 - XA. Myös jos liuottimen höyrynpainetta liuoksen yläpuolella merkitään PA: lla, niin P = PAo - PA. Yhtälö P = XB.PAo voidaan kirjoittaa uudestaan seuraavasti:
PAo - PA = (1-XA). PAo
ja näiden yhtälöiden järjestäminen antaa yleisen muodon, joka tunnetaan nimellä Roulthin laki
PA = XA.PAo
Kiehumispisteen korkeus
Kiehumispiste on lämpötila, jossa höyrynpaine on yhtä suuri kuin ilmakehän paine. Niin kauan kuin kuplia muodostuu nesteeseen, mikä tarkoittaa kiehuvaa nestettä, höyrynpaine on yhtä suuri kuin ilmakehän paine, koska höyrynpaine on vakio nesteen kiehumislämpötila ja pysyy samana. Kiehuvalle nesteelle annettavan lämmön määrän kasvu johtaa vain nopeammien höyrykuplien muodostumiseen. Neste kiehuu nopeammin, mutta kiehumislämpötila ei nouse. On selvää, että nesteen kiehumispiste riippuu ilmakehän koosta.
Kiehumispiste on yksi paremmista ominaisuuksista, jota voidaan käyttää suoraan arvioimaan kuinka voimakkaita molekyylien väliset vetovoimat ovat nesteessä. Nestevoima voimakas kiinnostus välillä molekyyli, kiehumispiste on korkea ja päinvastoin, kun vetovoimat ovat heikkoja, kiehumispiste on matala.
Lue myös: Määritelmä suolaliuos
Jäätymispisteen masennus
Puhdas kiinteä liuotin on tasapainossa tietyn liuotinhöyryn paineen kanssa, joka määritetään lämpötilan perusteella. Myös liuottimen liuos on tasapainossa tietyn liuotinhöyryn paineen kanssa. Jos kiinteä liuotin ja liuotin ovat yhdessä liuoksessa, niiden höyrynpaineen on oltava sama. Jos liuokseen lisätään liuotettua ainetta, liuottimen höyrynpaine ja sen alapuolella ja jäätyminen, puhtaan liuottimen lämpötila, kun ensimmäiset kiteet alkavat näkyä, putoaa. Ero Tf = TFO - Tf niin, että negatiivinen merkki ja jäätymispisteen aleneminen voidaan havaita.
Lämpötilamuutos Tf on jälleen suoraan verrannollinen höyryn P1: ään. Riittävän matalien liuenneiden aineiden pitoisuuksien kannalta jäätymispisteen lasku liittyy m: n molaalisuuteen
Tf = Tfo - Tf = -Kfm
jossa Kf on positiivinen vakio riippuen vain liuottimen luonteesta.
Osmoottinen paine
Osmoottinen paine on kolligatiivinen ominaisuus, koska se riippuu vain liuenneiden hiukkasten lukumäärästä, liuoksen yksikkötilavuudesta. Osmoottinen paine ei riipu liuenneen aineen tyypistä. Osmoottisen paineen yhtälö, joka tunnetaan nimellä Van't Hoff -yhtälö, soveltuu vesiliuosten osmoottisen paineen laskemiseen. Symbolisoiden painetta, R on kaasuvakio (0,0821 Latm / mol K); ja T on lämpötila kelvineinä. N-merkki sanoo liuenneen aineen moolia ja V on liuoksen tilavuus (litroina), joten n / V on liuoksen molaalisuus (M). = (n / V). RT = M.R.T
Esimerkkejä ratkaisujen kollektiivisista ominaisuuksista
Seuraavassa on joitain esimerkkejä ratkaisujen kolligatiivisista ominaisuuksista seuraavasti:
1. Jäätymispisteen masennuksen esimerkki
Esimerkkejä jäätymispisteen masennuksesta jokapäiväisessä elämässä, nimittäin:
Jäähdytysseoksen valmistus
Jäähdytysneste on vesiliuos, jonka jäätymispiste on selvästi alle 0oC. Jäähdytysnestettä käytetään jäätehtaissa, sitä käytetään myös jäärullien valmistukseen. Jäähdytysneste valmistetaan liuottamalla erityyppisiä suoloja veteen.
Jäätä valmistettaessa jäähdytysneste valmistetaan sekoittamalla pöytäsuola jääkuutioiden kanssa puupäällystetyssä astiassa. Sekoittamisen yhteydessä jääpalat sulavat samalla kun seoksen lämpötila laskee. Samaan aikaan seos ainesosia jään valmistamiseksi laitetaan toiseen astiaan, joka on valmistettu ruostumaton teräs. Tämä astia laitetaan sitten jäähdytysnesteeseen samalla sekoittaen jatkuvasti, kunnes seos jähmettyy.
Lue myös: Määritelmä perusratkaisusta
Auton jäähdyttimen jäätymisenestoaine
Kylmässä ilmastossa etyleeniglykolia lisätään yleensä jäähdyttimen veteen. Kylmässä ilmastossa jäähdyttimen vesi jäätyy helposti. Jos tätä tilannetta ei tarkasteta, ajoneuvon jäähdytin vaurioituu nopeasti. Kun eteeniglykolia lisätään jäähdyttimen veteen, odotetaan, että jäähdyttimen veden jäätymispiste laskee, toisin sanoen vesi ei jääty helposti.
Pakkasneste eläimen kehossa
Kylmässä ilmastossa elävät eläimet, kuten jääkarhut, käyttävät jäätymispisteen masennuksen kolligatiivisen ominaisuuden periaatetta selviytyäkseen. Merikalojen veri sisältää jäätymisenestoaineita, jotka voivat alentaa veden jäätymispistettä jopa 0,8oC.
Siksi merikalat voivat selviytyä talvesta, kun lämpötila saavuttaa 1,9oC, koska sen sisältämä pakkasneste voi estää jääkiteiden muodostumisen kudoksissa ja soluissa. Muita eläimiä, joiden ruumis sisältää pakkasnestettä, ovat hyönteiset, sammakkoeläimet ja nematodit. Hyönteiskappaleet sisältävät glyserolia ja dimetyylisulfoksidia, sammakkoeläimet sisältävät glukoosia ja veren glyserolia, kun taas sukkulamatat sisältävät glyserolia ja trihaloosia.
Pakkasneste sulaa lunta
Alueilla, joilla on luminen kausi, aina kun sataa lunta, tiet ovat täynnä jäistä lunta. Tämä tietysti vaikeuttaa ajoneuvon ajamista. Tämän voittamiseksi luminen tie sirotellaan NaCL- ja CaCl-suolojen seoksella2.
Suolan sirottaminen voi sulattaa lumen. Mitä enemmän suolaa ripottelet, sitä enemmän lunta sulaa.
Suhteellisen molekyylipainon määrittäminen (Mr)
Liuoksen kolligatiivisten ominaisuuksien mittausta voidaan käyttää liuenneen aineen suhteellisen molekyylipainon määrittämiseen. Tämä voidaan tehdä, koska kolligatiiviset ominaisuudet riippuvat liuenneiden aineiden pitoisuudesta. Tietämällä liuenneen aineen massa (G) ja jäätymispisteen lasku, liuenneen aineen suhteellinen molekyylimassa voidaan määrittää.
Lue myös: Elektrolyyttiratkaisut: Määritelmä, ominaisuudet ja tyypit sekä täydelliset esimerkit
2. Esimerkki osmoottisesta paineesta
Esimerkkejä osmoottisesta paineesta jokapäiväisessä elämässä, nimittäin:
Solun muodon hallinta
Liuoksia, joilla on sama osmoottinen paine, kutsutaan isotonisiksi. Liuoksia, joilla on matalampi osmoottinen paine kuin muilla liuoksilla, kutsutaan hypotonisiksi. Samaan aikaan ratkaisuja, joilla on suurempi osmoottinen paine kuin muilla liuoksilla, kutsutaan hypertonisiksi.
Esimerkki isotonisesta liuoksesta on suonensisäinen neste, joka laitetaan vereen. Laskimonsisäisten nesteiden on oltava isotonisia solunsisäisten nesteiden kanssa osmoosin estämiseksi joko verisoluihin tai verisoluista. Siksi verisolut eivät ole vaurioituneet.
Veripesukone
Munuaisten vajaatoimintaa sairastavien potilaiden tulee käydä dialyysihoidossa. Hoito käyttää dialyysimenetelmää, joka on prosessi, jolla pienet molekyylit, kuten urea, siirretään puoliläpäisevän kalvon läpi muihin nesteisiin ja heitetään sitten pois. Suuret molekyylit, kuten proteiinit, eivät pääse kalvoon, joten se pysyy veressä.
Ruuan säilytys
Ennen kuin keksittiin kylmätekniikat ruoan säilyttämiseksi, ruokasuolaa käytettiin ruoan säilyttämiseen. Suola voi tappaa mikrobit, jotka aiheuttavat pilaantunutta ruokaa, jotka ovat ruoan pinnalla.
Juotujen poistaminen
Pöytäsuola voi tappaa pehmeitä eläimiä, kuten iilimatoja. Tämä johtuu siitä, että iilian vartalon pinnalle siroteltu suola pystyy imemään kehossa olevaa vettä siten, että iilimesta puuttuu vettä kehossa.
Veden imeytyminen kasvien juurilla
Kasvit tarvitsevat vettä maaperästä. Kasvit imevät vettä juurien läpi. Kasvit sisältävät liuenneita aineita siten, että niiden pitoisuus on suurempi kuin kasvien ympärillä oleva vesi, jotta kasvit voisivat imeä maaperän vettä.
Meriveden suolanpoisto käänteisosmoosin kautta
Käänteisosmoosi on liuottimen imeytyminen liuoksesta liuottimeen tai väkevämmästä liuoksesta laimeammaksi liuokseksi. Käänteisosmoosi tapahtuu, kun liuokseen kohdistuu sen osmoottista painetta suurempi paine.
Käänteisosmoosia käytetään puhtaan veden valmistamiseen merivedestä. Veden pakotetaan asettamalla merenpinnalle osmoottista painetta suurempi paine imeytyy suolavetestä puhtaaseen veteen kalvon läpi, joka on vettä läpäisevä, mutta ei sisällä olevia ioneja merivesi. Ilman riittävää painetta vesi imeytyy spontaanisti puhtaasta vedestä suolaveteen.
Toinen käänteisosmoosin käyttö on myrkyllisten aineiden erottaminen jätevesistä ennen niiden päästämistä ympäristöön.