Какво представляват колигативните свойства?

Германският химик Вилхелм Оствалд е първият, който въвежда концепцията за колигативни свойства през 1891 г. Това име възниква от работата му върху свойствата на разтворените вещества, включително:

1. Колигативни свойства: зависят само от концентрацията и температурата на разтвореното вещество, а не от вида на частиците на разтвореното вещество.
2. Конститутивни свойства: са тези, които зависят от молекулната структура на частиците на разтвореното вещество в разтвора.
3. Адитивни свойства: които са сбор от всички свойства на частиците и зависят от молекулната формула на разтвореното вещество. Например масата.

Колигативните свойства не са свързани с размера или друго свойство на разтворените вещества, а само с броя на частиците в разтвореното вещество. Тези свойства са резултат от ефекта на частиците на разтвореното вещество под налягането на парите на разтворителя.

Примери за колигативни свойства

Колигативните свойства са:

• Осмотичното налягане
• ебулоскопска елевация
• криоскопско спускане
• Падане на налягането на парите на разтворителя

осмотичното налягане

Осмотичното налягане е свързано с концепциите за дифузия и осмоза. Дефинира се като склонност към разреждане на разтвор, който е отделен от разтворителя чрез полупропусклива мембрана. Разтвореното вещество упражнява осмотично налягане, когато е изправено пред разтворителя, ако не може да премине мембраната, която ги разделя.

Можем също така да кажем, че осмотичното налягане на разтвора е еквивалентно на механичното налягане, необходимо за предотвратяване навлизането на вода, когато тя е отделена от разтворителя чрез полупропусклива мембрана.

Осмотичното налягане се измерва с осмометър. Това е контейнер, който е затворен отдолу с полупропусклива мембрана. В горната част има бутало. Ако разтворът се въведе в контейнера и след това се потопи в дестилирана вода, той преминава през полупропускливата мембрана и упражнява налягане, което е в състояние да повдигне буталото. По този начин, чрез подлагане на буталото на подходящо механично налягане, е възможно да се предотврати преминаването на водата в разтвора.

Осмотичното налягане е едно от най-важните колигативни свойства, особено на биологично ниво, тъй като присъства в клетъчната функция и други процеси в организма на живите същества.

Ебулоскопска елевация

Ебулоскопското повишение е свързано с точката на кипене на течността. Температурата на кипене е тази, чието налягане на парите е равно на атмосферното налягане.

Ако налягането на парите намалее, настъпва повишаване на температурата на кипене. Това увеличение е пропорционално на моларната част на разтвореното вещество. Повишаването на температурата на кипене (съкратено DTe) е пропорционално на молалната концентрация на разтвореното вещество. Изразява се със следното уравнение:

DTe = Ke m

Ебулоскопичната константа (Ke) е известна като характеристика на всеки разтворител, независимо от вида на разтвореното вещество. За водата стойността на константата на кипене е 0,52 ºC/mol/Kg. Това означава, че молален разтвор на всяко разтворено вещество във вода представя ебулоскопско повишение от 0,52ºC.

криоскопско спускане

Криоскопичното спускане е свързано с точката на замръзване на течността. Температурата на замръзване на разтворите е по-ниска от температурата на замръзване на разтворителя. Следователно замръзване настъпва, когато налягането на парите на течността е равно на налягането на парите на твърдото вещество. Това се изразява по следния начин:

DTc = Kc m

Криоскопичното намаление се нарича « Tc» , а молалната концентрация на разтвореното вещество « m» .

Криоскопичната константа на разтворителя се нарича „Kc“. В случай на вода стойността на криоскопичната константа е 1,86 ºC/mol/Kg. Тоест, молалните разтвори (m=1) на всяко разтворено вещество във вода замръзват при -1,86 ºC.

Падане на налягането на парите на разтворителя

Налягането на парите на разтворител пада, когато към него се добави нелетливо разтворено вещество. Този ефект възниква, защото:

• Броят на молекулите на разтворителя на свободната повърхност намалява.
• Между молекулите на разтвореното вещество и тези на разтворителя възникват сили на привличане, което затруднява превръщането им в пара.

Казано по друг начин, когато добавим повече разтворено вещество, се наблюдава по-ниско налягане на парите. Следователно спадът в налягането на парите на разтворителя в разтвора е пропорционален на моларната част на разтвореното вещество.

Това може да се изрази със следната формула:

ΔP= x _s P ₀

В този случай x _s е молната част на разтвореното вещество, а P ₀ показва налягането на парите на разтворителя.

Как работят колигативните свойства?

Действието на колигативните свойства е очевидно, когато разтворено вещество се добави към разтворител, за да се образува разтвор. Там разтворените частици изместват част от разтворителя в течно състояние, намалявайки концентрацията на разтворителя на единица обем. В разреден разтвор няма значение кои са частиците, а колко са. Например чрез разтваряне на калциев хлорид (CaCL ₂) се получават общо три частици: един калциев йон и два хлоридни йона. От друга страна, ако разтворим готварска сол или натриев хлорид (NaCl), ще получим две частици: натриев йон и хлориден йон. В този случай калциевият хлорид би имал по-голям ефект върху колигативните свойства от готварската сол. Следователно, калциевият хлорид е по-ефективен агент против лед при по-ниски температури от обикновената сол.

Въпреки че колигативните свойства обикновено се разглеждат за нелетливи разтворени вещества, ефектът се прилага и за летливи разтворени вещества като сол. Ако добавим щипка сол към чаша вода, водата ще замръзне при по-ниска температура от нормалната, ще заври при по-висока температура, ще има по-ниско налягане на парите и ще промени осмотичното си налягане. 

Друг прост пример е добавянето на алкохол, летлива течност, към вода. По този начин температурата на замръзване, която обикновено има чистият алкохол или вода, се понижава, поради което алкохолните напитки обикновено не замръзват в домашен хладилник.

Библиография

• Гарсия Бело, Д. Всичко е въпрос на химия . (2016). Испания. Пайдос Иберика.
• Nguyen-Kim, MT Животът ми е химия . (2020 г.). Испания. Редакция Ариел.
• Мастертън, WL; Hurley, C.N. Химия: Принципи и реакции . (2003 г., 4-то издание). Испания. Черно-бяло.