Коллигативные свойства – это свойства растворов, зависящие от числа частиц растворенного вещества. К коллигативным свойствам растворов относят:
1) понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором,
2) понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов по сравнению с температурами замерзания и кипения чистых растворителей.
3) осмотическое давление.
1 закон Рауля. Давление насыщенного пара растворителя над раствором пропорционально мольной доле растворителя.
,
где Р – давления насыщенного пара растворителя над раствором, Па;
Р0 – давления насыщенного пара над растворителем, Па;
c(р-ля) – мольная доля растворителя;
n(раств. в-ва) – количество растворенного вещества, моль;
n(р-ля) – количество вещества растворителя, моль.
Иногда закон Рауля определяют следующим образом. Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного вещества.
или
,
где c(раств. в-ва) – мольная доля растворенного вещества.
2 закон Рауля. Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов по сравнению с таковыми для чистого растворителя пропорциональны моляльной концентрации растворенного вещества:
,
где Dtкип – повышение температуры кипения раствора, °С;
Dtзам – понижение температуры замерзания раствора, °С;
Кэ – эбуллиоскопическая константы растворителя, (кг×°С)/моль;
Кк – криоскопическая константы растворителя, (кг×°С)/моль;
b – моляльная концентрация, моль/кг;
n(раств. в-ва) – количество растворенного вещества, моль;
m(р-ля) – масса растворителя, кг;
m(раств. в-ва) – масса растворенного вещества, г;
М(раств. в-ва) – молярная масса растворенного вещества, г/моль.
Зная температуры кипения и замерзания чистых растворителей и Dt можно рассчитать температуры кипения и замерзания растворов:
tкип.(р-ра) = tкип.(р-ля) + Dtкип. tзам.(р-ра) = tзам.(р-ля) – Dtзам.
Закон Вант-Гоффа. Осмотическое давление раствора равно газовому давлению, которое производило бы растворенное вещество, находясь в газообразном состоянии и занимая объем, равный объему раствора.
,
где Росм – осмотическое давление, кПа;
с – молярная концентрация растворенного вещества, моль/л;
R – универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/(моль×К);
Т – абсолютная температура, К;
V(р-ра) – объем раствора, л.
Осмос – односторонняя диффузия вещества через полупроницаемую мембрану.
Осмотическое давление – сила, обуславливающая осмос. Оно равно внешнему давлению, при котором осмос видимо прекращается.
Указанные законы справедливы для разбавленных растворов неэлектролитов. Их можно применять и к растворам электролитов, но в этом случае необходимо вводить изотонический коэффициент Вант-Гоффа (i). Это поправочный коэффициент, который учитывает увеличение числа частиц в растворе электролита из-за диссоциации на ионы.
Значение изотонического коэффициента Вант-Гоффа рассчитывают как частное от деления экспериментальных и теоретических значений осмотического давления, изменения температур кипения и замерзания растворов и понижения давления растворителя над раствором: