Inhoud
- TL; DR (te lang; niet gelezen)
- De dampspanning verlagen door een opgeloste stof toe te voegen
- Kookpunthoogte in een mengsel
- Vriespunt-depressie in een mengsel
- Osmotische druk neemt toe voor oplossingen
- Colligatieve eigenschappen en molaliteit
Antivries voor auto's, nierdialyse en het gebruik van steenzout om ijs te maken lijken niet iets gemeenschappelijks te hebben. Maar ze zijn allemaal afhankelijk van de colligatieve eigenschappen van oplossingen. Deze eigenschappen zijn de fysische eigenschappen van oplossingen die alleen afhankelijk zijn van de verhouding van het aantal deeltjes opgeloste stof en oplosmiddel (bijvoorbeeld zout in water) in oplossing en niet van de identiteit van de opgeloste stof.
De cellen, plantencellen en oplossingen van het menselijk lichaam, zoals antivries en ijs, zijn afhankelijk van colligatieve eigenschappen.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Te lang; niet gelezen (TL; DR)
Er zijn vier colligatieve eigenschappen: dampdruk, kookpunt, vriespunt en osmotische druk. Deze fysische eigenschappen van oplossingen hangen alleen af van de verhouding van het aantal deeltjes opgeloste stof en oplosmiddel in oplossing en niet van wat de opgeloste stof is.
De dampspanning verlagen door een opgeloste stof toe te voegen
Een oplosmiddel (zoals water) heeft een dampdruk aangegeven met p1. Dit is gelijk aan een atmosfeer van druk.
Bij evenwichtheeft de gasfase (zoals waterdamp) boven het oplosmiddel een partiële druk gelijk aan p1. Het toevoegen van een opgeloste stof (zoals keukenzout, NaCl) verlaagt de partiële druk van het oplosmiddel in de gasfase. De afname in dampdruk wordt veroorzaakt doordat de oplosmiddelmoleculen op het oppervlak van de oplossing worden vervangen door opgeloste moleculen. De oplosmiddelmoleculen verdampen. Omdat er minder oplosmiddelmoleculen op het oppervlak aanwezig zijn, neemt de dampspanning af.
Kookpunthoogte in een mengsel
Een oplosmiddel aan de kook brengen verdampt in wezen het oplosmiddel. Hoogte kookpunt, of het verhogen van de temperatuur waarbij het oplosmiddel kookt, optreedt om een soortgelijke reden als onderdruk van de dampdruk. De verhoogde hoeveelheid opgeloste stof op het oppervlak remt verdamping van het oplosmiddel, dus het vereist meer energie-invoer om het kookpunt te bereiken.
Dit veronderstelt dat de opgeloste stof niet-vluchtig is, dat wil zeggen dat het bij kamertemperatuur een lage dampdruk heeft. Een vluchtige opgeloste stof met een lager kookpunt dan het oplosmiddel kan het kookpunt zelfs verlagen. Benzeen is een voorbeeld van een vluchtige organische stof (VOC).
Vriespunt-depressie in een mengsel
Het vriespunt van een oplossing zal lager zijn dan dat van het zuivere oplosmiddel. Vriespunt is de temperatuur waarbij een vloeistof bij 1 atmosfeer vast wordt. Vriespunt depressie betekent dat de vriestemperatuur daalt. Dit betekent dat de vloeistof kouder moet zijn om te kunnen bevriezen. De reden hiervoor is dat de aanwezigheid van een opgeloste stof meer wanorde in het systeem introduceert dan aanwezig was met alleen de oplosmiddelmoleculen. Daarom moet het mengsel kouder zijn om de effecten van het meer ongeordende systeem te overwinnen.
Een praktische toepassing van deze collectieve eigenschap is antivries voor auto's. Het vriespunt van een 50/50 oplossing van ethyleenglycol (CH2(OH) CH2(OH)) is -33 graden Celsius (-27.4 graden Fahrenheit), vergeleken met 0 graden Celsius (32 graden Fahrenheit). Antivries wordt toegevoegd aan de radiator van een auto, zodat de auto aan veel lagere temperaturen moet worden blootgesteld voordat het water in het systeem van de auto bevriest.
Osmotische druk neemt toe voor oplossingen
Osmose treedt op wanneer oplosmiddelmoleculen door een semipermeabel membraan bewegen. Eén zijde van het membraan zou oplosmiddel kunnen bevatten en de andere zijde van het membraan zou opgeloste stof bevatten. Beweging van oplosmiddel vindt plaats van een gebied met hogere concentratie naar een gebied met lagere concentratie, of van hoger chemisch potentieel naar lager chemisch potentieel totdat een evenwicht is bereikt. Deze stroming treedt van nature op, dus moet enige drukinvoer aan de opgeloste zijde worden toegepast om de stroming te stoppen.
De osmotische druk is de druk die die stroom zou stoppen. Osmotische druk neemt in het algemeen toe voor oplossingen. Hoe meer opgeloste moleculen er zijn, des te meer worden de oplosmiddelmoleculen tegen elkaar gedrukt. De aanwezigheid van opgeloste moleculen aan één zijde van het membraan betekent dat minder oplosmiddelmoleculen de oplossingszijde kunnen passeren. De osmotische druk is direct gerelateerd aan de concentratie opgeloste stof: meer opgeloste stof vertaalt zich naar een hogere osmotische druk.
Colligatieve eigenschappen en molaliteit
Colligatieve eigenschappen zijn allemaal afhankelijk van de molaliteit (m) van een oplossing. Molaliteit wordt gedefinieerd als mol opgeloste stof / kg oplosmiddel. Hoe meer of minder van een opgeloste stof die aanwezig is in verhouding tot het oplosmiddel, de berekeningen van de vier hierboven beschreven colligatieve eigenschappen zal beïnvloeden.