Collative Eigenschaften (mit Formeln)

Diekolligative Eigenschaft ist eine Eigenschaft eines Stoffes, die von der Anzahl der darin vorhandenen Teilchen (in Form von Molekülen oder Atomen) abhängt oder sich ändert, ohne von der Natur dieser Teilchen abhängig zu sein.

Mit anderen Worten können diese auch als Eigenschaften von Lösungen erklärt werden, die von der Beziehung zwischen der Anzahl der gelösten Teilchen und der Anzahl der Lösungsmittelteilchen abhängen. Dieses Konzept wurde 1891 von dem deutschen Chemiker Wilhelm Ostwald eingeführt, der die Eigenschaften von gelösten Stoffen in drei Kategorien einteilte.

Diese Kategorien proklamierten, dass kolligative Eigenschaften nur von der Konzentration und Temperatur des gelösten Stoffes und nicht von der Natur seiner Teilchen abhängen.

Darüber hinaus hingen additive Eigenschaften wie die Masse von der Zusammensetzung des gelösten Stoffes ab, und die konstitutionellen Eigenschaften hingen mehr von der molekularen Struktur des gelösten Stoffes ab.

Index

• 1 kolligative Eigenschaften
  • 1.1 Abnahme des Dampfdrucks
  • 1.2 Anstieg der Siedetemperatur
  • 1.3 Verringerung der Gefriertemperatur
  • 1.4 Osmotischer Druck
• 2 Referenzen

Collative Eigenschaften

Kolligative Eigenschaften werden hauptsächlich für verdünnte Lösungen untersucht (aufgrund ihres fast idealen Verhaltens) und sind folgende:

Verringerung des Dampfdrucks

Man kann sagen, dass der Dampfdruck einer Flüssigkeit der Gleichgewichtsdruck der Dampfmoleküle ist, mit denen diese Flüssigkeit in Kontakt ist.

Die Beziehung dieser Drücke wird auch durch das Raoultsche Gesetz erklärt, das besagt, dass der Partialdruck einer Komponente gleich dem Produkt des molaren Anteils der Komponente durch den Dampfdruck der Komponente in ihrem reinen Zustand ist:

P_A = X_A . Pº_A

In diesem Ausdruck:

P_A = Partieller Dampfdruck der Komponente A in der Mischung.

X_A = Molarer Anteil der Komponente A.

Pº_A= Dampfdruck der reinen Komponente A.

Im Fall der Verringerung des Dampfdrucks eines Lösungsmittels tritt dies auf, wenn ein nicht-flüchtiger gelöster Stoff hinzugefügt wird, um eine Lösung zu bilden. Wie bekannt und definitionsgemäß neigt eine nichtflüchtige Substanz nicht zum Verdampfen.

Aus diesem Grund wird, je mehr dieses gelöste Stoff zu dem flüchtigen Lösungsmittel hinzugefügt wird, desto niedriger der Dampfdruck und desto weniger Lösungsmittel kann in den gasförmigen Zustand entweichen.

Wenn das Lösungsmittel natürlich oder erzwungen verdampft, verbleibt eine Lösungsmittelmenge ohne Verdampfung schließlich zusammen mit dem nicht-flüchtigen gelösten Stoff.

Dieses Phänomen lässt sich besser durch das Konzept der Entropie erklären: Wenn die Moleküle von der Flüssigphase in die Gasphase übergehen, nimmt die Entropie des Systems zu.

Dies bedeutet, dass die Entropie dieser Gasphase immer größer ist als die des flüssigen Zustands, da die Gasmoleküle ein größeres Volumen einnehmen.

Wenn dann die Entropie des flüssigen Zustandes durch Verdünnung erhöht wird, obwohl sie an einen gelösten Stoff gebunden ist, nimmt der Unterschied zwischen den beiden Systemen ab. Daher verringert die Abnahme der Entropie auch den Dampfdruck.

Anstieg der Siedetemperatur

Der Siedepunkt ist diejenige Temperatur, bei der ein Gleichgewicht zwischen der flüssigen und der gasförmigen Phase herrscht. An diesem Punkt ist die Anzahl der Gasmoleküle, die in den flüssigen Zustand übergehen (kondensierend) gleich der Anzahl der Moleküle der Flüssigkeit, die zu Gas verdampft.

Die Aggregation eines gelösten Stoffes bewirkt, dass die Konzentration von flüssigen Molekülen verdünnt wird, wodurch die Verdampfungsrate abnimmt. Dies erzeugt eine Modifikation des Siedepunkts, um die Änderung der Konzentration des Lösungsmittels zu kompensieren.

In anderen einfacheren Worten ist die Siedetemperatur in einer Lösung höher als die des Lösungsmittels in seinem reinen Zustand. Dies wird durch einen mathematischen Ausdruck ausgedrückt, der unten gezeigt wird:

ΔT_b = ich. K_b . m

In besagtem Ausdruck:

ΔT_b = T_b (Lösung) - T_b (Lösungsmittel) = Variation der Siedetemperatur.

i = Faktor van't Hoff.

K_b = Kochungskonstante des Lösungsmittels (0,512 ºC / molal für Wasser).

m = Molalität (Mol / kg).

Verringerung der Gefriertemperatur

Die Gefriertemperatur eines reinen Lösungsmittels wird sich verringern, wenn Sie eine Menge an gelöstem Stoff hinzufügen, da es durch das gleiche Phänomen beeinflusst wird, das den Dampfdruck verringert.

Dies geschieht, weil durch Verringern des Dampfdrucks des Lösungsmittels durch Verdünnen eines gelösten Stoffes eine niedrigere Temperatur benötigt wird, um ihn einzufrieren.

Die Natur des Gefrierprozesses kann ebenfalls berücksichtigt werden, um dieses Phänomen zu erklären: Damit eine Flüssigkeit einfriert, muss sie einen geordneten Zustand erreichen, in dem sie Kristalle bildet.

Wenn sich in der Flüssigkeit Verunreinigungen in Form von gelösten Stoffen befinden, ist die Flüssigkeit weniger geordnet. Aus diesem Grund wird die Lösung größere Schwierigkeiten beim Gefrieren haben als ein Lösungsmittel ohne Verunreinigungen.

Diese Verringerung wird ausgedrückt als:

ΔT_f = -i. K_f . m

Im vorherigen Ausdruck:

ΔT_f = T_f (Lösung) - T_f (Lösungsmittel) = Variation der Gefriertemperatur.

i = Faktor van't Hoff.

K_f = Gefrierkonstante des Lösungsmittels (1,86 ºC kg / mol für Wasser).

m = Molalität (Mol / kg).

Osmotischer Druck

Das als Osmose bekannte Verfahren ist die Tendenz eines Lösungsmittels, eine semipermeable Membran von einer Lösung zu einer anderen (oder von einem reinen Lösungsmittel zu einer Lösung) zu passieren.

Diese Membran stellt eine Barriere dar, durch die manche Substanzen passieren können und andere nicht, wie bei semipermeablen Membranen in den Zellwänden von Tier- und Pflanzenzellen.

Der osmotische Druck ist dann definiert als der minimale Druck, der auf eine Lösung aufgebracht werden muss, um den Durchgang seines reinen Lösungsmittels durch eine semipermeable Membran zu stoppen.

Es ist auch bekannt als Maß für die Neigung einer Lösung, das reine Lösungsmittel durch Osmosewirkung zu erhalten. Diese Eigenschaft ist kolligativ, da sie von der Konzentration des gelösten Stoffes in der Lösung abhängt, die als mathematischer Ausdruck ausgedrückt wird:

Π V = n. R. T oder auch π = M. R. T

In diesen Ausdrücken:

n = Anzahl der Mole von Teilchen in der Lösung.

R = Universelle Gaskonstante (8.314472 J.^-1 . mol^-1).

T = Temperatur in Kelvin.

M = Molarität.

Referenzen

1. Wikipedia. (s.). Kolligative Eigenschaften. Von en.wikipedia.org abgerufen
2. BC. (s.). Kolligative Eigenschaften. Wiederhergestellt von opentextbc.ca
3. Bosma, W. B. (s.f.). Kolligative Eigenschaften. Von chemieexplained.com abgerufen
4. Sparknotes. (s.). Kolligative Eigenschaften. Von sparknotes.com wiederhergestellt
5. Universität, F.S. (s.f.). Kolligative Eigenschaften. Von chem.fsu.edu abgerufen