Was sind kolligative Eigenschaften?

Der deutsche Chemiker Wilhelm Ostwald führte 1891 als erster das Konzept der kolligativen Eigenschaften ein. Dieser Name entstand aus seiner Arbeit über die Eigenschaften gelöster Stoffe, darunter:

1. Kolligative Eigenschaften: Sie hängen nur von der Konzentration und Temperatur des gelösten Stoffes ab und nicht von der Art der gelösten Teilchen.
2. Konstitutive Eigenschaften: sind diejenigen, die von der molekularen Struktur der gelösten Teilchen in einer Lösung abhängen.
3. Additive Eigenschaften: die die Summe aller Eigenschaften der Partikel sind und von der Summenformel des gelösten Stoffes abhängen. Zum Beispiel die Masse.

Kolligative Eigenschaften beziehen sich nicht auf die Größe oder andere Eigenschaften der gelösten Stoffe, sondern nur auf die Anzahl der Teilchen im gelösten Stoff. Diese Eigenschaften sind das Ergebnis der Wirkung von gelösten Teilchen unter Lösungsmitteldampfdruck.

Beispiele für kolligative Eigenschaften

Die kolligativen Eigenschaften sind:

• Osmotischer Druck
• ebulloskopische Erhebung
• kryoskopischer Abstieg
• Lösungsmitteldampfdruckabfall

osmotischer Druck

Der osmotische Druck hängt mit den Begriffen Diffusion und Osmose zusammen. Es ist definiert als die Neigung, eine Lösung zu verdünnen, die durch eine semipermeable Membran vom Lösungsmittel getrennt ist. Der gelöste Stoff übt einen osmotischen Druck aus, wenn er dem Lösungsmittel gegenübersteht, wenn er die sie trennende Membran nicht passieren kann.

Wir können auch sagen, dass der osmotische Druck einer Lösung dem mechanischen Druck entspricht, der erforderlich ist, um das Eindringen von Wasser zu verhindern, wenn es durch eine semipermeable Membran vom Lösungsmittel getrennt wird.

Der osmotische Druck wird mit dem Osmometer gemessen. Dies ist ein Behälter, der unten durch eine halbdurchlässige Membran verschlossen ist. An der Spitze hat es einen Kolben. Wenn eine Lösung in den Behälter eingeführt und dann in destilliertes Wasser eingetaucht wird, tritt sie durch die semipermeable Membran und übt einen Druck aus, der den Kolben anheben kann. Auf diese Weise kann durch Beaufschlagen des Kolbens mit einem geeigneten mechanischen Druck verhindert werden, dass Wasser in die Lösung gelangt.

Der osmotische Druck ist eine der wichtigsten kolligativen Eigenschaften, insbesondere auf biologischer Ebene, da er bei der Zellfunktion und anderen Prozessen im Organismus von Lebewesen vorhanden ist.

Ebulliskopische Elevation

Die Ebulloskopie-Erhöhung hängt mit dem Siedepunkt einer Flüssigkeit zusammen. Die Siedetemperatur ist diejenige, deren Dampfdruck gleich dem atmosphärischen Druck ist.

Nimmt der Dampfdruck ab, kommt es zu einer Erhöhung der Siedetemperatur. Dieser Anstieg ist proportional zum Molenbruch des gelösten Stoffes. Der Anstieg der Siedetemperatur (abgekürzt DTe) ist proportional zur Molkonzentration des gelösten Stoffes. Sie wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

DTe = Ke m

Die ebulloskopische Konstante (Ke) ist als Eigenschaft jedes Lösungsmittels unabhängig von der Art des gelösten Stoffes bekannt. Für Wasser beträgt der Wert der Siedekonstante 0,52 ºC/mol/kg. Dies bedeutet, dass eine molare Lösung eines gelösten Stoffes in Wasser eine ebulloskopische Erhöhung von 0,52 °C aufweist.

kryoskopischer Abstieg

Der kryoskopische Abstieg hängt mit dem Gefrierpunkt einer Flüssigkeit zusammen. Die Gefriertemperatur von Lösungen ist niedriger als die Gefriertemperatur des Lösungsmittels. Daher tritt Gefrieren auf, wenn der Dampfdruck der Flüssigkeit gleich dem Dampfdruck des Feststoffs ist. Dies drückt sich so aus:

DTc = Kcm

Die kryoskopische Abnahme wird „ Tc“ und die molare Konzentration des gelösten Stoffes „ m“ genannt .

Die kryoskopische Konstante des Lösungsmittels wird „Kc“ genannt. Im Fall von Wasser beträgt der Wert der kryoskopischen Konstante 1,86 ºC/mol/kg. Das heißt, die molaren Lösungen (m = 1) aller gelösten Stoffe in Wasser gefrieren bei -1,86 ° C.

Lösungsmitteldampfdruckabfall

Der Dampfdruck eines Lösungsmittels sinkt, wenn ihm ein nichtflüchtiger gelöster Stoff zugesetzt wird. Dieser Effekt tritt auf, weil:

• Die Zahl der Lösungsmittelmoleküle auf der freien Oberfläche nimmt ab.
• Zwischen den Molekülen des gelösten Stoffes und denen des Lösungsmittels treten Anziehungskräfte auf, die ihre Umwandlung in einen Dampf erschweren.

Anders ausgedrückt, wenn wir mehr gelösten Stoff hinzufügen, wird ein niedrigerer Dampfdruck beobachtet. Daher ist der Dampfdruckabfall des Lösungsmittels in einer Lösung proportional zum Molenbruch des gelösten Stoffs.

Dies kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden:

ΔP = x _s P ₀

Dabei ist x _s der Molenbruch des gelösten Stoffes und P ₀ gibt den Dampfdruck des Lösungsmittels an.

Wie funktionieren kolligative Eigenschaften?

Die Wirkung kolligativer Eigenschaften ist offensichtlich, wenn ein gelöster Stoff zu einem Lösungsmittel gegeben wird, um eine Lösung zu bilden. Dort verdrängen die gelösten Partikel einen Teil des Lösungsmittels im flüssigen Zustand, wodurch die Konzentration des Lösungsmittels pro Volumeneinheit abnimmt. In einer verdünnten Lösung spielt es keine Rolle, um welche Partikel es sich handelt, sondern um wie viele. Zum Beispiel durch Auflösen von Calciumchlorid (CaCL ₂) entstehen insgesamt drei Teilchen: ein Calciumion und zwei Chloridionen. Wenn wir andererseits Kochsalz oder Natriumchlorid (NaCl) auflösen, erhalten wir zwei Teilchen: ein Natriumion und ein Chloridion. In diesem Fall würde Calciumchlorid einen größeren Einfluss auf die kolligativen Eigenschaften haben als Kochsalz. Daher ist Calciumchlorid bei niedrigeren Temperaturen ein wirksameres Enteisungsmittel als Kochsalz.

Obwohl kolligative Eigenschaften im Allgemeinen für nichtflüchtige gelöste Stoffe in Betracht gezogen werden, gilt der Effekt auch für flüchtige gelöste Stoffe wie Salz. Wenn wir einer Tasse Wasser eine Prise Salz hinzufügen, gefriert das Wasser bei einer niedrigeren Temperatur als normal, kocht bei einer höheren Temperatur, hat einen niedrigeren Dampfdruck und ändert seinen osmotischen Druck. 

Ein weiteres einfaches Beispiel ist das Hinzufügen von Alkohol, einer flüchtigen Flüssigkeit, zu Wasser. Auf diese Weise wird der Gefrierpunkt gesenkt, den reiner Alkohol oder Wasser normalerweise hat, weshalb alkoholische Getränke im Haushaltskühlschrank in der Regel nicht gefrieren.

Literaturverzeichnis

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• Nguyen-Kim, MT Mein Leben ist Chemie . (2020). Spanien. Redaktion Ariel.
• Masterton, WL; Hurley, C. N. Chemistry: Principles and Reactions . (2003, 4. Auflage). Spanien. Schwarzweiß.