Vad är kolligativa egenskaper?

Den tyske kemisten Wilhelm Ostwald var den första som introducerade begreppet kolligativa egenskaper 1891. Detta namn uppstod från hans arbete med egenskaperna hos lösta ämnen, inklusive:

1. Kolligativa egenskaper: de beror endast på koncentrationen och temperaturen hos det lösta ämnet och inte på typen av lösta partiklar.
2. Konstitutiva egenskaper: är de som beror på molekylstrukturen hos de lösta partiklarna i en lösning.
3. Additiva egenskaper: som är summan av alla egenskaper hos partiklarna och beror på det lösta ämnets molekylformel. Till exempel massan.

Kolligativa egenskaper är inte relaterade till storleken eller någon annan egenskap hos de lösta ämnena, utan endast till antalet partiklar i det lösta ämnet. Dessa egenskaper är resultatet av effekten av lösta partiklar under lösningsmedelsångtryck.

Exempel på kolligativa egenskaper

De kolligativa egenskaperna är:

• Osmotiskt tryck
• ebulliskopisk förhöjning
• kryoskopisk nedstigning
• Lösningsmedelsångtrycksfall

osmotiskt tryck

Osmotiskt tryck är relaterat till begreppen diffusion och osmos. Det definieras som benägenheten att späda en lösning som är separerad från lösningsmedlet med ett semipermeabelt membran. Det lösta ämnet utövar osmotiskt tryck när det står inför lösningsmedlet om det inte kan passera membranet som separerar dem.

Vi kan också säga att det osmotiska trycket i en lösning är ekvivalent med det mekaniska trycket som behövs för att förhindra att vatten kommer in när det separeras från lösningsmedlet av ett semipermeabelt membran.

Det osmotiska trycket mäts med osmometern. Detta är en behållare som är stängd i botten av ett semipermeabelt membran. Överst har den en kolv. Om en lösning införs i behållaren och sedan nedsänkt i destillerat vatten, passerar den genom det semipermeabla membranet och utövar ett tryck som kan höja kolven. På detta sätt, genom att utsätta kolven för ett lämpligt mekaniskt tryck, är det möjligt att förhindra att vattnet passerar in i lösningen.

Osmotiskt tryck är en av de viktigaste kolligativa egenskaperna, särskilt på en biologisk nivå eftersom det finns i cellfunktion och andra processer i levande varelsers organism.

Ebulliskopisk höjd

Ebulloskopisk höjd är relaterad till en vätskas kokpunkt . Koktemperaturen är den vars ångtryck är lika med atmosfärstrycket.

Om ångtrycket minskar sker en ökning av koktemperaturen. Denna ökning är proportionell mot molfraktionen av det lösta ämnet. Ökningen i koktemperatur (förkortat DTe) är proportionell mot molkoncentrationen av det lösta ämnet. Det uttrycks med följande ekvation:

DTe = Ke m

Den ebulloskopiska konstanten (Ke) är känd som egenskapen för varje lösningsmedel oavsett typ av löst ämne. För vatten är värdet på kokkonstanten 0,52 ºC/mol/Kg. Detta betyder att en molal lösning av något löst ämne i vatten uppvisar en ebulloskopisk höjning på 0,52ºC.

kryoskopisk nedstigning

Kryoskopisk nedstigning är relaterad till fryspunkten för en vätska. Lösningarnas frystemperatur är lägre än lösningsmedlets frystemperatur. Därför uppstår frysning när vätskans ångtryck är lika med ångtrycket hos den fasta substansen. Detta uttrycks så här:

DTc = Kcm

Den kryoskopiska minskningen kallas « Tc» och molkoncentrationen av det lösta ämnet « m» .

Lösningsmedlets kryoskopiska konstant kallas ”Kc”. När det gäller vatten är värdet på den kryoskopiska konstanten 1,86 ºC/mol/Kg. Det vill säga molallösningarna (m=1) av något löst ämne i vatten fryser vid -1,86 ºC.

Lösningsmedelsångtrycksfall

Ångtrycket för ett lösningsmedel sjunker när ett icke-flyktigt löst ämne tillsätts till det. Denna effekt uppstår eftersom:

• Antalet lösningsmedelsmolekyler på den fria ytan minskar.
• Attraktionskrafter uppträder mellan det lösta ämnets molekyler och lösningsmedlets molekyler, vilket gör deras omvandling till en ånga svårare.

Med andra ord, när vi tillsätter mer löst ämne, observeras ett lägre ångtryck. Därför är ångtrycksfallet för lösningsmedlet i en lösning proportionell mot molfraktionen av det lösta ämnet.

Detta kan uttryckas med följande formel:

ΔP= x _s P ₀

I detta fall är x _s molfraktionen av det lösta ämnet och P ₀ indikerar lösningsmedlets ångtryck.

Hur fungerar kolligativa egenskaper?

Funktionen av kolligativa egenskaper är uppenbar när ett löst ämne tillsätts till ett lösningsmedel för att bilda en lösning. Där tränger de lösta partiklarna undan en del av lösningsmedlet i flytande tillstånd, vilket minskar koncentrationen av lösningsmedel per volymenhet. I en utspädd lösning spelar det ingen roll vilka partiklar det är utan hur många det finns. Till exempel genom att lösa upp kalciumklorid (CaCL ₂) sammanlagt produceras tre partiklar: en kalciumjon och två kloridjoner. Å andra sidan, om vi löser upp bordssalt eller natriumklorid (NaCl) får vi två partiklar: en natriumjon och en kloridjon. I detta fall skulle kalciumklorid ha en större effekt på kolligativa egenskaper än bordssalt. Därför är kalciumklorid ett effektivare avisningsmedel vid lägre temperaturer än vanligt salt.

Även om kolligativa egenskaper generellt övervägs för icke-flyktiga lösta ämnen, gäller effekten även för flyktiga lösta ämnen som salt. Om vi ​​tillsätter en nypa salt i en kopp vatten kommer vattnet att frysa vid en lägre temperatur än normalt, koka vid en högre temperatur, ha ett lägre ångtryck och ändra sitt osmotiska tryck. 

Ett annat enkelt exempel är att tillsätta alkohol, en flyktig vätska, till vatten. På så sätt sänks den fryspunkt som ren alkohol eller vatten normalt har, varför alkoholhaltiga drycker vanligtvis inte fryser i ett hushållskylskåp.

Bibliografi

• García Bello, D. Allt är en fråga om kemi . (2016). Spanien. Paidos Iberica.
• Nguyen-Kim, MT Mitt liv är kemi . (2020). Spanien. Ledare Ariel.
• Masterton, WL; Hurley, C.N. Kemi: principer och reaktioner . (2003, 4:e upplagan). Spanien. B&W.