Colligative nga mga Kinaiya: Paonan-o an Natunaw nga mga Partikulo Nagbabag-o han Solvent

Pag-ihap han mga partikulo: molality ngan mole fraction

An colligative nga kinaiya nagdepende ha ratio han mga partikulo han solute ngadto ha mga partikulo han solvent. An usa nga mole han mga molekula han sucrose ngan usa nga mole han mga molekula han urea nga gintunaw ha pariho nga masa han tubig nagpapaubos han freezing point hini hin pariho nga kadamo, bisan kun an ira mga molar nga masa nagkakaiba hin factor nga hapit unom.

Tungod hini, an mga yunit han konsentrasyon nga gingagamit dinhi nag-iihap hin mga partikulo. An mole fraction, x, amo an mga mole han usa nga sangkap nga ginbahin ha kabug-osan nga mga mole. An molality, m, amo an mga mole han solute kada kilogramo han solvent. Gingagamit an molality imbes nga molaridad tungod kay nakabase ini ha mga masa, salit diri ini nagbabag-o kun an solusyon nalapad o nagkukurong upod an temperatura. Para ha gin-palabnaw nga aqueous nga mga solusyon, an molality ngan molaridad harani ha numero, kundi diri hira pariho nga kantidad.

An mga ekwasyon ha ubos nagdadahom hin ideal nga gin-palabnaw nga solusyon nga may nonvolatile nga solute, nga nagkahulogan hin solute nga hapit waray iginbubulig ha alisngaw ha ibabaw han solusyon.

An balaod ni Raoult ngan an pag-ubos han vapor pressure

An balaod ni Raoult nagsisiring nga an vapor pressure han solvent ha ibabaw han solusyon katumbas han mole fraction hini pinaktuo han vapor pressure han putli nga solvent: P_solution = x_solvent × P°_solvent. Tungod kay an mga mole fraction nagkakabug-os hin 1, an pag-ubos han vapor pressure amo an ΔP = x_solute × P°_solvent.

Halimbawa nga gin-solbar 1. Pangitaa an vapor pressure ha 25 °C han solusyon han 100.0 g nga sucrose, C₁₂H₂₂O₁₁, ha 250.0 g nga tubig. An vapor pressure han putli nga tubig ha 25 °C amo an 23.8 torr (OpenStax Table 9.2). Gamit an IUPAC nga standard nga mga atomic weight, M(sucrose) = 342.30 g/mol ngan M(H₂O) = 18.015 g/mol, salit n(sucrose) = 0.2921 mol ngan n(H₂O) = 13.88 mol. x(H₂O) = 13.88 ÷ (13.88 + 0.2921) = 0.9794. P = 0.9794 × 23.8 torr = 23.3 torr.

An pag-ubos, x(sucrose) × P° = 0.02062 × 23.8 torr = 0.491 torr, gutiay bisan kun an solusyon mga 29 porsyento nga asukar sumala ha masa. Mabug-at an mga molekula han sucrose, salit an 100 g hini gutiay la gihapon nga bahin han mga molekula nga aada.

Pagpataas han boiling point ngan pagpaubos han freezing point

An pagpaubos han vapor pressure nagkahulogan nga an solusyon kinahanglan painiton pa antes an vapor pressure hini makaabot ha presyon ha gawas, salit natataas an boiling point. An solute nakakasamok liwat ha paghimo han solido nga solvent, salit naubos an freezing point. Para ha gin-palabnaw nga mga solusyon an duha nga pagbalhin proportional ha molality: ΔTb = Kb × m ngan ΔTf = Kf × m.

An mga constant iya han solvent, diri han solute. An OpenStax Table 11.2 naghahatag hin Kb = 0.512 °C·kg/mol ngan Kf = 1.86 °C·kg/mol para ha tubig, ngan Kb = 2.53 ngan Kf = 5.12 °C·kg/mol para ha benzene. An Kf han tubig labaw ha tulo ka beses han Kb hini, salit an hatag nga solute mas dako an pagbag-o ha freezing point han tubig kay ha boiling point hini.

Halimbawa nga gin-solbar 2. An coolant ginhihimo pinaagi ha pagtunaw hin 250. g nga ethylene glycol, C₂H₆O₂ (62.07 g/mol), ha 1.000 kg nga tubig. n = 250. g ÷ 62.07 g/mol = 4.028 mol, salit m = 4.028 mol/kg. ΔTf = 1.86 × 4.028 = 7.49 °C, salit an ideal nga freezing point −7.49 °C. ΔTb = 0.512 × 4.028 = 2.06 °C, salit an ideal nga boiling point 102.1 °C. Hini nga konsentrasyon an solusyon diri na gud gin-palabnaw, salit tratoha ini sugad nga mga pagtantya, diri ginsukod nga mga bili.

Mga electrolyte ngan an van't Hoff factor

An ionic nga solute nagpapagawas hin labaw ha usa nga partikulo kada formula unit. An van't Hoff factor, i, amo an kadamo han mga mole han partikulo ha solusyon kada mole han solute nga natunaw, ngan ginmumultiplikar hini an kada colligative nga ekwasyon: ΔTf = i × Kf × m. An ideal nga bili amo an kadamo han mga ion ha pormula: 2 para ha NaCl, 3 para ha CaCl₂ ngan 1 para ha nonelectrolyte sugad han glucose.

An ginsukod nga mga bili mas gutiay, tungod kay an mga ion nga magkabaliktad an karga nagbibitaray ngan an iba naghihimo hin mga ion pair nga nagbubuhat sugad nga usa nga partikulo. An OpenStax Table 11.3 naglilista hin ginsukod nga mga factor para ha 0.050 m nga mga solusyon: 1.9 para ha NaCl, 2.7 para ha MgCl₂, 1.3 para ha MgSO₄ ngan 3.4 para ha FeCl₃, kontra ha ideal nga mga bili nga 2, 3, 2 ngan 4. Ha gin-palabnaw nga mga solusyon, an gintang kasagaran nadako samtang natataas an konsentrasyon ngan samtang nadako an mga karga han ion.

Halimbawa nga gin-solbar 3. Tantyaha an freezing point han 15.0 g nga CaCl₂ (110.98 g/mol) nga gintunaw ha 500.0 g nga tubig. n = 0.1352 mol ngan m = 0.1352 mol ÷ 0.5000 kg = 0.2703 mol/kg. Gamit an ideal nga i = 3, ΔTf = 3 × 1.86 × 0.2703 = 1.51 °C, nga naghahatag hin −1.51 °C. An tinuod nga pag-ubos mas gutiay. Kun gamiton mo an 2.7, an ginsukod nga factor para ha kaangay nga asin nga MgCl₂ ha 0.050 m, an pagtantya nagigin 1.36 °C. Tinatayang la gihapon ito nga numero, tungod kay ini nga solusyon labaw ha lima ka beses nga mas konsentrado.

Paggamit han freezing point basi makita an molar nga masa

Kun hibaro mo an masa han solute ngan solvent ngan sukdon mo an ΔTf, makakabuhat ka pabalik ngadto ha molar nga masa. An pamaagi han freezing point mas ginpipili kay ha pamaagi han boiling point tungod kay an Kf mas dako kay ha Kb para ha kasagaran nga mga solvent, ngan tungod kay an boiling point nagbabalhin liwat upod an presyon han atmospera han adlaw.

Halimbawa nga gin-solbar 4. An pagtunaw hin 1.50 g han diri kilala nga nonvolatile nga nonelectrolyte ha 25.0 g nga benzene nagpapaubos han freezing point hin 1.62 °C. Molality: m = ΔTf ÷ Kf = 1.62 ÷ 5.12 = 0.3164 mol/kg. Mga mole han solute: 0.3164 mol/kg × 0.0250 kg = 7.910 × 10⁻³ mol. Molar nga masa: 1.50 g ÷ 7.910 × 10⁻³ mol = 190 g/mol, ha tulo nga mahinungdanon nga mga digit.

An benzene maupay nga solvent para hini nga eksperimento tungod kay an Kf hini hapit tulo ka beses han iya han tubig, salit an pariho nga kadamo han solute naghahatag hin mas dako ngan mas masayon sukdon nga pagbag-o. An pamaagi nagdadahom nga an solute diri nag-dissociate ngan diri nag-associate. An mga carboxylic acid, pananglitan, naghihimo hin mga parisan nga hydrogen-bonded ha benzene ngan naghahatag hin apparent nga molar nga masa nga harani ha doble han tinuod nga bili.

Osmotic pressure ngan hilarom nga dagko nga mga molekula

Kun an semipermeable nga membrane nagbubulag han solusyon tikang ha putli nga solvent, an solvent naawas ngadto ha solusyon. An presyon nga kinahanglan ipadapat ha solusyon basi pundohon ini nga pag-awas amo an osmotic pressure, Π = i × M × R × T, kun diin an M amo an molaridad, R = 0.08206 L·atm/(mol·K), ngan an T ha mga kelvin.

Halimbawa nga gin-solbar 5. An intravenous nga saline mga 0.155 mol/L nga NaCl. Ha temperatura han lawas, 37.0 °C o 310.15 K, an ideal nga osmotic pressure Π = 2 × 0.155 × 0.08206 × 310.15 = 7.89 atm. An paggamit han i = 2 gutiay nga nagpapasobra hini, tungod kay an tinuod nga factor gutiay nga ubos han 2. An sugad hito kadako nga presyon an hinungdan kay ano nga an mga solusyon nga ginhahatag ngadto ha ugat kinahanglan umangay ha konsentrasyon han solute han dugo.

Halimbawa nga gin-solbar 6. An solusyon han 0.250 g nga protina ha 50.0 mL nga tubig may osmotic pressure nga 4.20 torr ha 25.0 °C. 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, salit n = 1.129 × 10⁻⁵ mol ha 0.0500 L, ngan an molar nga masa 0.250 g ÷ 1.129 × 10⁻⁵ mol = 2.21 × 10⁴ g/mol. An pariho nga solusyon mag-freeze la hin mga 4 × 10⁻⁴ °C ubos han putli nga tubig, nga sobra kagutiay basi maupay nga sukdon. Amo nga an osmotic pressure, diri an freezing point, an gingagamit para ha mga polymer ngan protina.

Mga sayop nga nagdadaot han colligative nga mga kuwenta

An madali nga pagsusi nakakadakop han kadam-an nga sayop: an solusyon angay kanunay mabukal ha mas taas ngan mag-freeze ha mas ubos kay ha putli nga solvent, ngan an mga pagbalhin para ha gin-palabnaw nga aqueous nga mga solusyon kasagaran pira la nga degree ha pinakadamo.

• Paggamit han molaridad ha ΔT = K × m. Ini nga mga ekwasyon nagkikinahanglan hin molality, nga naggagamit hin kilogramo han solvent, diri litro han solusyon.
• Pagbahin ha masa han solusyon imbes nga ha masa han solvent.
• Pagbilin han van't Hoff factor para ha ionic nga solute, o paggamit hini para ha molekular nga solute sugad han sucrose o ethylene glycol.
• Pag-report han ΔTf sugad nga freezing point. Kuhaa ini tikang ha freezing point han putli nga solvent.
• Paggamit han temperatura ha Celsius ha Π = iMRT. I-convert anay ngadto ha mga kelvin.
• Pagkuha han Kf o Kb tikang ha sayop nga solvent. Mga kinaiya hira han solvent.