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ドイツの化学者ヴィルヘルム オストヴァルトは、1891 年に集合的性質の概念を初めて導入しました。この名前は、次のような溶質の性質に関する彼の研究に由来します。
- 集合特性: 溶質の濃度と温度のみに依存し、溶質粒子の種類には依存しません。
- 構成特性:溶液中の溶質粒子の分子構造に依存する特性です。
- 付加的特性: 粒子のすべての特性の合計であり、溶質の分子式に依存します。たとえば、質量。
集合特性は、溶質のサイズやその他の特性には関係なく、溶質内の粒子の数にのみ関係します。これらの特性は、溶媒蒸気圧下での溶質粒子の影響の結果です。
集合プロパティの例
集合プロパティは次のとおりです。
- 浸透圧
- エブリスコピック・エレベーション
- 凍結降下
- 溶媒蒸気圧降下
浸透圧
浸透圧は、拡散と浸透の概念に関連しています。これは、半透膜によって溶媒から分離された溶液を希釈する傾向として定義されます。溶質は、それらを分離する膜を通過できない場合、溶媒に直面したときに浸透圧を発揮します。
溶液の浸透圧は、半透膜によって溶媒から分離されたときに水の侵入を防ぐために必要な機械的圧力に等しいと言えます。
浸透圧は浸透圧計で測定します。底部を半透膜で密閉した容器です。上部にはプランジャーが付いています。溶液を容器に入れ、蒸留水に浸すと、溶液は半透膜を通過し、プランジャーを持ち上げることができる圧力を加えます。このように、プランジャーに適切な機械的圧力をかけることによって、水が溶液に入るのを防ぐことができる。
浸透圧は、生物の細胞機能やその他のプロセスに存在するため、特に生物学的レベルで最も重要な結合特性の 1 つです。
エブリスコピック・エレベーション
Ebulloscopic 標高は、液体の沸点に関連しています。沸騰温度は、蒸気圧が大気圧と等しい温度です。
蒸気圧が低下すると、沸点が上昇します。この上昇は、溶質のモル分率に比例します。沸点の上昇 (DTe と略記) は、溶質のモル濃度に比例します。次の式で表されます。
DTe = Ke m
溶質の種類を問わず、各溶媒の特性として沸点定数(Ke)が知られています。水の場合、沸点定数の値は 0.52 ºC/mol/Kg です。これは、水中の任意の溶質のモル溶液が 0.52ºC の電子圧力上昇を示すことを意味します。
凍結降下
低温降下は、液体の凝固点に関連しています。溶液の凍結温度は、溶媒の凍結温度よりも低くなります。したがって、液体の蒸気圧が固体の蒸気圧と等しい場合、凍結が発生します。これは次のように表現されます。
DTc = Kcm
低温での減少は « Tc»と呼ばれ、溶質のモル濃度 « m» と呼ばれます。
溶媒の低温定数を「Kc」と呼びます。水の場合、低温定数の値は 1.86 ºC/mol/Kg です。つまり、水中の溶質のモル溶液 (m=1) は -1.86 ºC で凍結します。
溶媒蒸気圧降下
不揮発性溶質を溶媒に加えると、溶媒の蒸気圧が低下します。この効果は、次の理由で発生します。
- 自由表面上の溶媒分子の数が減少します。
- 溶質の分子と溶媒の分子の間に引力が現れ、蒸気への変換がより困難になります。
別の言い方をすれば、より多くの溶質を追加すると、より低い蒸気圧が観測されます。したがって、溶液中の溶媒の蒸気圧の低下は、溶質のモル分率に比例します。
これは、次の式で表すことができます。
ΔP= x s P 0
この場合、ｘｓ は溶質のモル分率であり、Ｐ０は溶媒の蒸気圧を示す。
共同プロパティはどのように機能しますか?
集合特性の作用は、溶質が溶媒に加えられて溶液を形成するときに明らかです。そこでは、溶解した粒子が液体状態の溶媒の一部を置換し、単位体積あたりの溶媒濃度が低下します。希薄な溶液では、それがどの粒子であるかは関係ありませんが、いくつあるかは問題ではありません。例えば、塩化カルシウム（CaCL 2) 全部で 3 つの粒子が生成されます: 1 つのカルシウム イオンと 2 つの塩化物イオンです。一方、食卓塩または塩化ナトリウム（NaCl）を溶解すると、ナトリウムイオンと塩化物イオンの2つの粒子が得られます。この場合、塩化カルシウムは食卓塩よりも結集特性に大きな影響を与えます. したがって、塩化カルシウムは、食塩よりも低い温度でより効果的な除氷剤です。
凝集特性は一般に不揮発性溶質について考慮されますが、この効果は塩のような揮発性溶質にも適用されます。コップ一杯の水にひとつまみの塩を加えると、水は通常よりも低い温度で凍結し、高い温度で沸騰し、蒸気圧が低くなり、浸透圧が変化します。
もう 1 つの簡単な例は、揮発性の液体であるアルコールを水に加えることです。このようにして、純粋なアルコールまたは水の通常の凝固点が低下します。これが、アルコール飲料が家庭用冷蔵庫で通常凍結しない理由です。
参考文献
- García Bello, D.すべては化学の問題です。（2016）。スペイン。パイドス・イベリカ。
- Nguyen-Kim, MT私の人生は化学です。（2020）。スペイン。編集アリエル。
- マスタートン、WL; Hurley, C.N. Chemistry: Principles and Reactions . (2003 年、第 4 版)。スペイン。白黒。
