Airíonna Colligeatacha: Conas a Athraíonn Cáithníní Tuaslagtha Tuaslagóir

Cáithníní a chomhaireamh: mólalacht agus codán móil

Braitheann airí colligeatach ar an gcóimheas idir cáithníní tuaslagáite agus cáithníní tuaslagóra. Íslíonn móil de mhóilíní siúcróis agus móil de mhóilíní úiré, arna dtuaslagadh sa mhais chéanna uisce, a phointe reoite faoin méid céanna, cé go bhfuil a maiseanna mólacha difriúil faoi fhachtóir de bheagnach sé.

Mar gheall air sin, comhaireann na haonaid tiúchana a úsáidtear anseo cáithníní. Is é codán móil, x, móil comhpháirte amháin roinnte ar na móil iomlána. Is í mólalacht, m, móil tuaslagáite in aghaidh an chileagraim tuaslagóra. Úsáidtear mólalacht in ionad mólachta toisc go bhfuil sí bunaithe ar mhaiseanna, mar sin ní athraíonn sí nuair a leathnaíonn nó a chrapann an tuaslagán le teocht. I gcás tuaslagán uiscí caolaithe, tá mólalacht agus mólacht gar dá chéile go huimhriúil, ach ní hionann an chainníocht iad.

Glacann na cothromóidí thíos le tuaslagán caolaithe idéalach le tuaslagáit neamhluaineach, is é sin ceann nach gcuireann go bunúsach aon rud leis an ngal os cionn an tuaslagáin.

Dlí Raoult agus an titim i mbrú gaile

Deir dlí Raoult go bhfuil brú gaile an tuaslagóra os cionn tuaslagáin cothrom lena chodán móil iolraithe faoi bhrú gaile an tuaslagóra íon: P_solution = x_solvent × P°_solvent. Ós rud é go suimíonn na codáin mhóil go 1, is é an titim i mbrú gaile ΔP = x_solute × P°_solvent.

Sampla oibrithe 1. Aimsigh brú gaile tuaslagáin de 100.0 g siúcróis, C₁₂H₂₂O₁₁, in 250.0 g uisce ag 25 °C. Is é 23.8 torr brú gaile an uisce íon ag 25 °C (Tábla 9.2 OpenStax). Ag úsáid meáchain adamhacha chaighdeánacha IUPAC, M(siúcrós) = 342.30 g/mol agus M(H₂O) = 18.015 g/mol, mar sin n(siúcrós) = 0.2921 mol agus n(H₂O) = 13.88 mol. x(H₂O) = 13.88 ÷ (13.88 + 0.2921) = 0.9794. P = 0.9794 × 23.8 torr = 23.3 torr.

Is beag an t-ísliú, x(siúcrós) × P° = 0.02062 × 23.8 torr = 0.491 torr, cé go bhfuil thart ar 29 faoin gcéad siúcra de réir maise sa tuaslagán. Tá móilíní siúcróis trom, mar sin níl i 100 g díobh fós ach codán beag de na móilíní atá i láthair.

Ardú an phointe fiuchta agus ísliú an phointe reoite

Má íslítear an brú gaile, caithfear an tuaslagán a théamh níos mó sula sroicheann a bhrú gaile an brú lasmuigh, mar sin ardaíonn an pointe fiuchta. Cuireann an tuaslagáit isteach freisin ar fhoirmiú an tuaslagóra sholaid, mar sin titeann an pointe reoite. I gcás tuaslagán caolaithe tá an dá aistriú comhréireach leis an mólalacht: ΔTb = Kb × m agus ΔTf = Kf × m.

Baineann na tairisigh leis an tuaslagóir, ní leis an tuaslagáit. Tugann Tábla 11.2 OpenStax Kb = 0.512 °C·kg/mol agus Kf = 1.86 °C·kg/mol don uisce, agus Kb = 2.53 agus Kf = 5.12 °C·kg/mol don bheinséin. Tá Kf an uisce níos mó ná trí huaire a Kb, mar sin athraíonn tuaslagáit áirithe pointe reoite an uisce i bhfad níos mó ná a phointe fiuchta.

Sampla oibrithe 2. Déantar fuarthán trí 250. g de ghlicól eitiléine, C₂H₆O₂ (62.07 g/mol), a thuaslagadh in 1.000 kg uisce. n = 250. g ÷ 62.07 g/mol = 4.028 mol, mar sin m = 4.028 mol/kg. ΔTf = 1.86 × 4.028 = 7.49 °C, mar sin is é −7.49 °C an pointe reoite idéalach. ΔTb = 0.512 × 4.028 = 2.06 °C, mar sin is é 102.1 °C an pointe fiuchta idéalach. Ag an tiúchan seo níl an tuaslagán an-chaolaithe a thuilleadh, mar sin láimhseáil iad seo mar mheastacháin, ní mar luachanna tomhaiste.

Leictrilítí agus fachtóir van't Hoff

Scaoileann tuaslagáit ianach níos mó ná cáithnín amháin in aghaidh an aonaid foirmle. Is é fachtóir van't Hoff, i, líon na móil cáithníní sa tuaslagán in aghaidh gach móil tuaslagáite a thuaslagtar, agus iolraíonn sé gach cothromóid cholligeatach: ΔTf = i × Kf × m. Is é an luach idéalach líon na n-ian san fhoirmle: 2 do NaCl, 3 do CaCl₂ agus 1 do neamhleictrilít ar nós glúcóis.

Bíonn luachanna tomhaiste níos lú, toisc go meallann ianta le muirir chontrártha a chéile agus go bhfoirmíonn cuid acu péirí ian a ghníomhaíonn mar cháithnín amháin. Liostaíonn Tábla 11.3 OpenStax fachtóirí tomhaiste do thuaslagáin 0.050 m: 1.9 do NaCl, 2.7 do MgCl₂, 1.3 do MgSO₄ agus 3.4 do FeCl₃, i gcomparáid le luachanna idéalacha 2, 3, 2 agus 4. I dtuaslagáin chaolaithe, méadaíonn an bhearna de ghnáth de réir mar a ardaíonn an tiúchan agus de réir mar a mhéadaíonn muirir na n-ian.

Sampla oibrithe 3. Meas pointe reoite 15.0 g CaCl₂ (110.98 g/mol) tuaslagtha in 500.0 g uisce. n = 0.1352 mol agus m = 0.1352 mol ÷ 0.5000 kg = 0.2703 mol/kg. Leis an i idéalach = 3, ΔTf = 3 × 1.86 × 0.2703 = 1.51 °C, rud a thugann −1.51 °C. Tá an fíorísliú níos lú. Má úsáideann tú 2.7, an fachtóir tomhaiste don salann cosúil MgCl₂ ag 0.050 m, éiríonn an meastachán 1.36 °C. Níl san fhigiúr sin fós ach garmheastachán, toisc go bhfuil an tuaslagán seo níos mó ná cúig huaire níos tiubhaithe.

Pointe reoite a úsáid chun mais mhólach a aimsiú

Má tá mais na tuaslagáite agus an tuaslagóra ar eolas agat agus má thomhaiseann tú ΔTf, is féidir leat oibriú siar go dtí an mhais mhólach. Is fearr modh an phointe reoite ná modh an phointe fiuchta toisc go bhfuil Kf níos mó ná Kb do thuaslagóirí coitianta, agus toisc go n-aistríonn pointe fiuchta freisin le brú atmaisféarach an lae.

Sampla oibrithe 4. Má thuaslagtar 1.50 g de neamhleictrilít neamhluaineach anaithnid in 25.0 g beinséine, íslítear an pointe reoite faoi 1.62 °C. Mólalacht: m = ΔTf ÷ Kf = 1.62 ÷ 5.12 = 0.3164 mol/kg. Móil tuaslagáite: 0.3164 mol/kg × 0.0250 kg = 7.910 × 10⁻³ mol. Mais mhólach: 1.50 g ÷ 7.910 × 10⁻³ mol = 190 g/mol, go trí fhigiúr shuntasacha.

Is tuaslagóir maith í beinséin don turgnamh seo toisc go bhfuil a Kf beagnach trí huaire Kf an uisce, mar sin tugann an méid céanna tuaslagáite athrú níos mó atá níos éasca a thomhas. Glacann an modh leis nach ndíthiomsaíonn ná nach gcomhthiomsaíonn an tuaslagáit. Foirmíonn aigéid charbocsaileacha, mar shampla, péirí atá nasctha le bannaí hidrigine i mbeinséin agus tugann siad mais mhólach dhealraitheach atá gar do dhá oiread an fhíorluacha.

Brú osmóiseach agus móilíní an-mhóra

Nuair a scarann membrán leath-thréscaoilteach tuaslagán ó thuaslagóir íon, sreabhann tuaslagóir isteach sa tuaslagán. Is é an brú osmóiseach an brú a chaithfear a chur ar an tuaslagán chun an sreabhadh seo a stopadh, Π = i × M × R × T, áit arb é M an mhólacht, R = 0.08206 L·atm/(mol·K), agus T i gceilviní.

Sampla oibrithe 5. Tá thart ar 0.155 mol/L NaCl i sáile infhéitheach. Ag teocht choirp, 37.0 °C nó 310.15 K, is é an brú osmóiseach idéalach Π = 2 × 0.155 × 0.08206 × 310.15 = 7.89 atm. Déanann i = 2 é a áibhéil beagán, toisc go bhfuil an fíorfhachtóir beagán faoi bhun 2. Is é brú chomh mór sin an fáth go gcaithfidh tuaslagáin a thugtar isteach i bhféith teacht le tiúchan tuaslagáite na fola.

Sampla oibrithe 6. Tá brú osmóiseach 4.20 torr ag 25.0 °C ag tuaslagán de 0.250 g de phróitéin in 50.0 mL uisce. Π = 4.20 ÷ 760 = 5.526 × 10⁻³ atm. M = Π ÷ (R × T) = 5.526 × 10⁻³ ÷ (0.08206 × 298.15) = 2.259 × 10⁻⁴ mol/L, mar sin n = 1.129 × 10⁻⁵ mol in 0.0500 L, agus is é an mhais mhólach 0.250 g ÷ 1.129 × 10⁻⁵ mol = 2.21 × 10⁴ g/mol. Ní reofadh an tuaslagán céanna ach thart ar 4 × 10⁻⁴ °C faoi bhun uisce íon, rud atá róbheag le tomhas go maith. Sin é an fáth a n-úsáidtear brú osmóiseach, ní pointe reoite, do pholaiméirí agus do phróitéiní.

Botúin a chuireann ríomhanna colligeatacha as a riocht

Beireann seiceáil thapa ar fhormhór na n-earráidí: ba cheart go bhfiuchfadh an tuaslagán níos airde agus go reofadh sé níos ísle ná an tuaslagóir íon i gcónaí, agus is gnách nach mbíonn na haistrithe do thuaslagáin uiscí chaolaithe níos mó ná cúpla céim.

• Mólacht a úsáid in ΔT = K × m. Teastaíonn mólalacht ó na cothromóidí seo, a úsáideann cileagraim tuaslagóra, ní lítir tuaslagáin.
• Roinnt ar mhais an tuaslagáin in ionad mhais an tuaslagóra.
• Fachtóir van't Hoff a fhágáil ar lár do thuaslagáit ianach, nó é a úsáid do thuaslagáit mhóilíneach ar nós siúcróis nó glicól eitiléine.
• ΔTf a thuairisciú mar an pointe reoite. Dealaigh é ó phointe reoite an tuaslagóra íon.
• Teocht Celsius a úsáid in Π = iMRT. Tiontaigh go ceilviní ar dtús.
• Kf nó Kb a thógáil ón tuaslagóir mícheart. Is airíonna den tuaslagóir iad.