11.7: Колігативні властивості іонних розчинів
- Page ID
- 22686
- Визначте колігативні властивості розчинів іонних розчинів.
Раніше ми розглядали колігативні властивості розчинів з молекулярними розчиненими речовинами. А як щодо розчинів з іонними розчиненими речовинами? Чи проявляють вони колігативні властивості?
Є ускладнює фактор: іонні розчинні речовини при їх розчиненні поділяються на іони. Це збільшує загальну кількість розчинених в розчині частинок і збільшує вплив на отримане колігативне властивість. Історично цей більший, ніж очікувалося, вплив на колігативні властивості був одним з основних доказів для іонних сполук, що розділяються на іони (підвищена електропровідність була ще одним доказом).
Наприклад, коли NaCl розчиняється, він розділяється на два іони:
\[\ce{NaCl(s) → Na^{+}(aq) + Cl^{-}(aq)}\nonumber \]
Це означає, що 1 М розчин NaCl фактично має чисту концентрацію частинок 2 М. Спостережувана колігативна властивість буде вдвічі більшою, ніж очікувалося для розчину 1 М.
Легко включити цю концепцію в наші рівняння, щоб обчислити відповідну колігативну властивість. Ми визначаємо коефіцієнт van't Hoff (\(i\)) як кількість частинок, на яку кожна одиниця формули розчиненої речовини розпадається, коли вона розчиняється. Раніше ми завжди мовчазно припускали, що фактор van 't Hoff просто 1. Але для деяких іонних сполук,\( i\) це не 1, як показано в табл\(\PageIndex{1}\).
| З'єднання | я |
|---|---|
| NaCl | 2 |
| Кбр | 2 |
| Ліно 3 | 2 |
| CaCl 2 | 3 |
| Мг (С 2 Н 3 О 2) 2 | 3 |
| FeCl 3 | 4 |
| Аль 2 (СО 4) 3 | 5 |
Ідеальний фактор Ван 'та Гоффа дорівнює кількості іонів, які утворюються при розчиненні іонної сполуки.
Передбачити фактор Ван 'т Гоффа для Sr (OH) 2.
Рішення
Коли Sr (OH) 2 розчиняється, він розділяється на один іон Sr 2 + і два OH − іони:
\[\ce{Sr(OH)2 \rightarrow Sr^{2+}(aq) + 2OH^{−}(aq)} \nonumber \nonumber \]
Оскільки він розпадається на три іони, його фактор Ван не Гоффа дорівнює 3.
Що таке фактор Ван не Гоффа для Fe (NO 3) 3?
- Відповідь
-
4
Це «ідеальний» фактор Гоффа, тому що це те, що ми очікуємо від іонної формули. Однак цей фактор зазвичай правильний тільки для розведених розчинів (розчинів менше 0,001 М). При концентраціях більше 0,001 М існує достатня взаємодія між іонами протилежного заряду, щоб чиста концентрація іонів була меншою, ніж очікувалося, іноді значно. Фактичний фактор Ван 'т Гоффа, таким чином, менше ідеального. Тут ми будемо використовувати ідеальні фактори van 't Hoff.
Переглянуті рівняння для обчислення ефекту іонізації потім легко виробляються:
Δ Т б = іК б
Δ Т ф = МіК г
= Мірт
де раніше були визначені всі змінні. Для розрахунку пригнічення тиску пари за законом Рауля необхідно перерахувати мольну частку частинок розчинника, щоб врахувати збільшену кількість частинок, що утворюються при іонізації.
Визначити температуру замерзання 1,77 м розчину NaCl в Н 2 О.
Рішення
Для NaCl нам потрібно пам'ятати, щоб включити фактор van 't Hoff, який дорівнює 2. В іншому випадку розрахунок точки замерзання нескладний:
\[ΔT_f = (2)(1.77\, m)(1.86\,°C/m) = 6.58°C\nonumber \]Це являє собою зміну температури замерзання, яка зменшується. Отже, ми повинні відняти цю зміну від нормальної температури замерзання води, 0.00°C:
0.00 − 6.58 = −6.58°C
Визначити температуру кипіння 0,887 м розчину CaCl 2 в Н 2 О.
- Відповідь
-
101.36 °C
При приготуванні сушених макаронів багато рецептів закликають до засолювання води перед приготуванням макаронів. Деякі стверджують - з колігативними властивостями на їхньому боці - що додавання солі у воду підвищує температуру кипіння, тим самим швидше готуючи макарони. Чи є в цьому якась правда?
Щоб судити про правдивість цього твердження, ми можемо розрахувати, скільки солі слід додати у воду, щоб підвищити температуру кипіння на 1,0° C, з припущенням, що сушені макарони готуються помітно швидше при 101° C, ніж при 100° C (хоча різниця в 1° може зробити лише незначну зміну часу приготування). Ми можемо обчислити моляльність, яку повинна володіти вода:
1,0° С = м (0,512 °С/ м) м = 1,95
Ми проігнорували фактор van 't Hoff в нашій оцінці, тому що це, очевидно, не є розбавленим рішенням. Давайте далі припустимо, що ми використовуємо 4 л води (що дуже близько до 4 qt, що в свою чергу дорівнює 1 гал). Оскільки 4 л води становить близько 4 кг (це насправді трохи менше при 100° C), ми можемо визначити, скільки солі (NaCl) додати:
\[4\cancel{kg\, H_{2}O}\times \frac{1.95\cancel{mol\, NaCl}}{\cancel{kg\, H_{2}O}}\times \frac{58.5g\, NaCl}{\cancel{1\, mol\, NaCl}}=456.3g\, NaCl\nonumber \]
Це трохи більше 1 фунта солі і еквівалентно майже 1 чашці на кухні. З вашого досвіду, ви додаєте майже чашку солі в каструлю з водою, щоб зробити макарони? Звичайно, ні! Кілька щіпок, можливо, одна четверта чайної ложки, але не майже чашка! Очевидно, що невелика кількість солі, яку більшість людей додають у свою макаронну воду, не збирається значно підвищувати температуру кипіння води.
Так чому ж люди додають трохи солі в окріп? Існує кілька можливих причин, найбільш очевидною з яких є смак: додавання солі додає макаронам трохи солоного аромату. Це не може бути багато, тому що більша частина солі залишається у воді, а не в приготованих макаронів. Однак цього може бути достатньо, щоб виявити за допомогою наших смакових рецепторів. Інша очевидна причина - звичка; рецепти говорять нам додавати сіль, тому ми робимо, навіть якщо для цього мало наукових чи кулінарних причин.
Резюме
Для іонних розчинених речовин розрахунок колігативних властивостей повинен включати той факт, що розчинені речовини розділяються на кілька частинок при їх розчиненні. Рівняння для розрахунку колігативних властивостей розчинів іонних розчинників включають коефіцієнт Ван- Гоффа, i.