18.Общие свойства растворов. Закон Рауля. Осмотическое давление.

Раствор - это гомогенная система, состоящая из двух или более веществ, содержание которых можно изменять в определенных пределах без нарушения однородности.

Состав растворов обычно передаётся содержанием в них растворённого вещества в виде массовой доли или молярной концентрации.

Жидкие растворы (в дальнейшем будем называть их просто "растворами") состоят из жидкого растворителя (чаще всего воды) и растворенного вещества, которое до смешения с растворителем могло быть твердым (например KBr), жидким (например H2SO4) или газообразным (например CO2). 

Основные понятия и определения:

Способы выражения концентраций:

Закон Рауля

Исследования растворов, выполненные французским физиком и химиком Ф. Раулем, позволили установить следующий закон, носящий его имя: давление пара раствора, содержащего нелетучее растворенное вещество, прямо пропорционально мольной доле растворителя. р1 = р10 N1,

где р1 и р10– давление пара растворителя над раствором и чистым растворителем; N1 – мольная доля растворителя в растворе. Линейная зависимость давления пара растворителя над раствором в координатах р – N1 представлена на рис. 29.

. Зависимость парциального давления пара р1 растворителя от мольной доли N1 растворителя в растворе

Закон Рауля выполняется лишь для идеальных растворов. Идеальный раствор состоит из компонентов, энергия взаимодействия между которыми одинаковая и не зависит от природы входящих в состав раствора веществ. Следствием идеальности раствора является характер зависимости между парциальным давлением пара компонента и его концентрацией в растворе. Изменение концентрации компонента в растворе приведет к пропорциональному изменению его парциального давления над раствором, т.е. давление пара растворителя (р1) над раствором, содержащим нелетучее вещество, линейно изменяется с ростом мольной доли растворителя (рис. 29).

            В реальных растворах наблюдаются значительные отклонения от закона Рауля. Например, такие отклонения можно наблюдать для водного раствора тростникового сахара (рис. 30).

Рис. 30. Зависимость парциального давления водяного пара р1 над водным раствором сахарозы от мольной доли воды в растворе

     Пунктирная прямая на рис. 30 относится к идеальному раствору, подчиняющемуся закону Рауля. Зависимость давления пара от мольной доли растворителя для неидеального раствора (в данном случае раствора тростникового сахара) представлена непрерывной кривой, и показывает отклонение от закона Рауля. Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа

            Осмос (др.-греч. wsmoV толчок, давление)  есть явление самопроизвольного перехода молекул растворителя из более разбавленного в менее разбавленный раствор. Это явление наблюдается в том случае, когда оба раствора отделены друг от друга полупроницаемой перегородкой, пропускающей только растворитель (рис. 32).

Рис. 32. Схема прибора, демонстрирующего явление осмоса

            В левом сосуде (рис. 32) полупроницаемой перегородкой разделены раствор соли в воде и чистая вода. В термодинамически неравновесной системе происходит самопроизвольный процесс выравнивания концентраций путем проникновения молекул воды через полупроницаемую перегородку в концентрированный раствор соли. Преградой такому движению растворителя служит увеличивающееся давление столба жидкости, как показано в правом сосуде на рис. 32. Процесс выравнивания концентраций останавливается при достижении некоторого давления p. Перепад уровней между раствором и чистым растворителем в правом колене отражает осмотическое давление воды p.

К осмотическому давлению применимы законы газового состояния:

p V = nRT  или  p = сRT,

где V – объем раствора, n – количество моль растворенного вещества, R – газовая постоянная, Т – абсолютная температура.

            Последнее уравнение называется законом Вант-Гоффа.

            Явление осмоса играет важную роль в жизни растений и живых организмов. У млекопитающих осмотическое давление большинства биологических жидкостей равно осмотическому давлению крови. Осмотическое давление, создаваемое в клетках животных растворами белков, полисахаридов и др., незначительно, но играет важную роль в обмене веществ.

            Свойства, зависящие от количества составляющих раствора, а не от природы его частиц, называют коллигативными свойствами растворов.

            Законы Рауля р1 = р10N1; Генри с = кг. р; Вант-Гоффа

p = сRT; а также повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания водного раствора нелетучего вещества DТкип. = Э×сm, и DТкр. = Ксm отражают проявление растворами коллигативных свойств. 0