Над раствором какого вещества давление пара растворителя будет наименьшим

Содержание статьи

Давление пара растворителя над раствором

С открытых поверхностей жидкостей происходит испарение, и над поверхностью жидкости всегда имеется какое-то давление ее пара. Если жидкость L частично заполняет некоторый замкнутый объем, то устанавливается равновесие

В состоянии равновесия пар называется насыщенным. Жидкое вещество имеет постоянную концентрацию, а концентрация газа, т.е. пара данной жидкости, изменяется пропорционально давлению. Поэтому давление насыщенного пара можно рассматривать как константу равновесия процесса испарения. Давление насыщенного пара зависит от природы жидкости и температуры.

Если жидкость взята в качестве растворителя и в ней растворено нелетучее вещество, то наблюдается понижение давления пара жидкости в растворе по сравнению с индивидуальной жидкостью. Это означает, что равновесие сместилось влево — в направлении перехода пара в жидкость. На поверхности раствора некоторая часть молекул жидкости заменена частицами растворенного вещества. От этого скорость испарения уменьшилась, а скорость конденсации из газовой фазы не изменилась — давление пара понизилось.

Более общее объяснение понижения давления пара над раствором можно дать на основе рассмотрения химического потенциала жидкости р, который зависит от концентрации. В данном случае наиболее подходящим способом выражения концентрации оказывается мольная доля X (с. 238). Обозначив жидкость как I, можно написать уравнение

В индивидуальной жидкости ее мольная доля равна единице, и поэтому

В растворе мольная доля растворителя меньше единицы, и его химический потенциал понижен. В состоянии равновесия между раствором и паром должен понизиться и химический потенциал растворителя в газообразном состоянии. Это может произойти только за счет понижения давления и соответственно концентрации пара. Таким образом, давление пара растворителя над раствором понижено.

В 1887 г. французский физик Ф. Рауль (1830—1901) на основании многочисленных опытов с растворами различных нелетучих веществ установил следующий закон.

В разбавленных растворах неэлектролитов при постоянной температуре понижение давления пара растворителя пропорционально мольной доле растворенного вещества.

Понижением давления пара называется разность между давлением насыщенного пара индивидуальной жидкости (растворителя) р° и давлением пара раствора /?р_ра при дайной температуре:

Закон Рауля можно записать в следующем виде:

где Х — мольная доля растворенного вещества.

Реальные растворы обнаруживают отклонения как от закона Рауля, так и от закона Вант-Гоффа. Отклонения уменьшаются при понижении концентрации растворов. Эти законы были бы строго справедливы для идеалъных растворов. Идеальный раствор характеризовался бы одинаковой энергией взаимодействия между всеми видами частиц, т.е. между молекулами растворителя, между молекулами растворенного вещества и между молекулами растворителя и растворенного вещества. При образовании идеального раствора его объем был бы равен сумме объемов взятых веществ. На практике часто наблюдаются отклонения от аддитивности объемов. При смешивании воды и этанола объем раствора оказывается существенно меньше суммы объемов воды и спирта. Это означает, что полученная смесь не является идеальным раствором. Наиболее близки к идеальным растворам могут быть смеси некоторых изомеров.

На основании измерений Ар растворов можно рассчитать молярную массу растворенного вещества, если известен массовый состав раствора. Однако этот метод редко применяется практически, так как из понижения давления пара растворителя вытекают следствия, на которых основаны более удобные методы исследования.

Источник

Над раствором какого вещества давление пара растворителя будет наименьшим

Давление пара разбавленных растворов неэлектролитов. Первый закон Рауля.

Давление пара растворов ниже давления пара чистых растворителей при той же температуре. Понижение давления пара ∆Р, отнесенное к Ро(∆Р/Ро) называют относительным понижением давления насыщенного пара раствора.

Закон Рауля: относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно молярной доле растворенного вещества, т.е.

, где N и n – количества растворителя и растворенного вещества соответственно. Закон Рауля используют для определения молярной массы вещества.

Пример 1. Вычисление давления пара растворителя над раствором. Определите давление пара растворителя над раствором, содержащим 1,212∙10 23 молекул неэлектролита в 100г воды при 100 о С. Давление пара воды при 100 о С равно 1,0133∙10 5 Па.

Решение. Относительное понижение давления пара растворителя над раствором согласно закону Рауля выражается соотношением:

. Количество растворителя N и растворенного вещества n находим:

;

Давление пара над раствором:

Пример 2. Вычисление молярной массы неэлектролита по относительному понижению давления пара растворителя над раствором.

Рассчитайте молярную массу неэлектролита, если 28,5г этого вещества, растворенного в 745г воды, вызывают понижение давления пара воды над раствором на 52,37 Па при 40 о С. Давление водяного пара при этой же температуре равно 7375,9 Па.

Решение. Относительное понижение давления пара растворителя над раствором равно:

. Находим: , где m – масса неэлектролита, молярная масса которого М г∙моль -1 . 0,309 М + 0,202 = 28,5. 0,309 М = 28,298; М=91,58г∙моль -1 .

Молярная масса неэлектролита равна ≈92г∙моль -1 .

Источник

Понижение давления насыщенного пара растворителя

Над чистой жидкостью при данной температуре существует определенное давление или упругость насыщенного пара. При растворении какого-либо вещества в любом растворителе происходит понижение концентрации молекул растворителя в единице объема, что уменьшает количество молекул, переходящих в единицу времени из жидкости в пар; кроме того, испарение растворителя затрудняется вследствие взаимодействия растворенного вещества с растворителем. В результате этого давление насыщенного пара растворителя над раствором оказывается всегда меньшим, — чем над чистым растворителем. Причем понижение давления пара в силу вышеуказанных причин будет тем больше, чем больше концентрация растворенного вещества в растворе. Эта зависимость была сформулирована Раулем: относительное понижение давления пара растворителя равно отношению числа молей растворенного вещества к сумме числа молей растворителя и растворенного вещества, т е:

р — давление пара над чистым растворителем,

р — давление пара над раствором,

n1 — число молей растворителя

n2 — число молей растворенного вещества.

Понижение давления пара над раствором приводит к повышению температуры кипения и понижению температуры замерзания раствора по сравнению с чистым растворителем. Относительное понижение давления пара для раствора не зависит от природы растворенного вещества, растворителя и температуры. Растворы, которые подчиняются закону Рауля являются идеальными. Закон Рауля соблюдается тем точнее, чем более разбавлен раствор.

Повышение температуры кипения.

Источник

Давление насыщенного пара растворителя

II. Давление пара разбавленных растворов. Закон Рауля

Давление пара над раствором нелетучего вещества в каком-либо растворителе всегда ниже, чем над чистым растворителем при одной и той же температуре. Согласно закону Рауля (I закон), относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над идеальным раствором нелетучего вещества равно молярной доле растворенного вещества:

, где

-давление пара над чистым растворителем, Па; — давление пара растворителя над раствором нелетучего вещества, Па; / /– абсолютное понижение давления пара над раствором, Па. Величина — относительное понижение давления пара над раствором.

— молярная доля растворенного вещества (Х), которая определяется по формуле: , где — число молей растворенного вещества; — число молей растворителя. Величина – мольная доля растворенного вещества.

Þ Число молей растворенного вещества и растворителя можно находить по формулам:

или .

Þ Отсюда можно найти:

по сравнению мало и поэтому его величиной в знаменателе уравнения: можно пренебречь и тогда закон Рауля примет вид: .

Закон Рауляточно соблюдается только для идеальных растворов и приближенно для разбавленных реальных растворов: чем разбавленнее раствор, тем более он приближается к идеальному.

2.2. Температура кипения и замерзания растворителя и раствора(II закон Рауля)

Изучая кипение и замерзание растворов, Рауль (1882) установил, что повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания разбавленных растворов неэлектролитов пропорционально моляльности растворов.Эта закономерность называется вторым законом Рауля и его математическим выражением являются уравнения:

— моляльность раствора;

— эбуллиоскопическая постоянная растворителя (от лат. «ebbulire» — выкипать);

— криоскопическая постоянная растворителя (от греч. «криос» — холод);

— температура кипения и замерзания раствора;

– температура кипения и замерзания чистого растворителя.

Постоянные константы

и не зависят от природы растворенного вещества, а характеризуют лишь растворитель. Справочные значения констант и для некоторых растворителей приведены в таблице (см. приложение 6).

На измерениях температур кипения и замерзания основаны эбуллиоскопический и криоскопический методы определения молекулярных масс веществ:

Второй закон Рауля иногда называют следствием первого. Ряд ученых подразделяют все закономерности, установленные Раулем на три закона:

1. тоноскопический (понижение давления пара над раствором);

2. криоскопический (понижение температуры замерзания раствора);

3. эбуллиоскопический (повышение температуры кипения раствора).

В целом, обобщенные формулы для разбавленных растворов электролитов и неэлектролитов имеют вид:

Задача №1. Применение соединений цинка в медицине основано на том, что цинк дает соединения с белками – альбуминаты растворимые и нерастворимые, последние обычно образуют пленку на тканевой поверхности и оказывают подсушивающее действие, что способствуют заживлению тканей, а растворимые оказывают действие от слабовяжущего до резко прижигающего. Осмотическое давление 0,1 М. ZnSO4 при 0°С равно

Па. Определить кажущуюся степень диссоциации соли в данном растворе.

Решение.

1. Для растворов электролитов применяем формулу: , из которой находим изотонический коэффициент:

2. Соль

при диссоциации образует 2 иона (К=2).

3. Согласно (3)

, отсюда или .

Ответ.

Задача №2. Определить концентрацию раствора глюкозы, если раствор этого вещества при 18°С изотоничен с раствором, содержащим 0,5 моль/л хлорида кальция. Кажущаяся степень диссоциации СаCI2 в растворе при указанной температуре составляет 65,4%.

Решение.

1. Согласно (1) и (2)

, а .

2. Так как оба раствора изотоничны, то

3. При диссоциации молекулы соли

образуется 3 иона (К=3), .

4. Согласно формуле (3):

. Следовательно, .

Ответ.

моль/л.

Задача №3. В медицине раствор формальдегида применяется для консервации анатомических и биологических препаратов и не может быть назначен внутрь, т.к. является протоплазматическим ядом. Определить температуру кипения раствора, содержащего 6 г формальдегида

в 100 г воды. град∙кг/моль.

Решение.

1. Согласно закону эбулиоскопии(Рауля):

град.

2. Тогда

Ответ.

Задача №4.По фармакологическим свойствам этиловый спирт относится к веществам наркотического действия. Воздействуя на кору головного мозга, он вызывает характерное алкогольное возбуждение, в больших дозах – ослабление возбудительных процессов коры и угнетение деятельности дыхательного центра. При какой примерно температуре будет замерзать 40 % водный раствор

Решение.

1. Из формулы закона криоскопии (Рауля):

следует

2. Отсюда:

Ответ.Раствор начнет замерзать примерно при

1.2. Ситуационные задачи №№5, 6, 7,8для закрепления материала (выполнить в протокольной тетради).

Задача №5. В медицинской практике для компенсации больших потерь крови больному вводят физиологический раствор. Рассчитайте массовую долю (в %) NaCI (с точностью до целых) в физиологическом растворе, осмотическое давление которого при 25 о С составляет 762,7 кПа (α=1, ρ=1 г/см 3 ).

Задача №6. С медицинской целью камфору применяют натуральную правовращающую, добываемую из камфорного дерева, либо синтетическую левовращающую, полученного из пихтового масла, либо рацемическую. Криоскопическая постоянная камфоры равна 40,27 о С. 0,0113 г фенантрена понизили точку замерзания 0,0961 г камфары на 27,0 о С. Найдите молярную массу фенантрена в камфоре.

Задача №7.В медицинской практике фруктозуприменяют при лечении белой горячки и американскими учеными предложено ее вводить в состав «отрезвляющих» препаратов, т.к. фруктоза, применяемая в дозе 1 г на кг массы тела одновременно с алкоголем, увеличивает скорость его выведения из организма на 10%, а принимаемая через час – на 20-30%.

Вычислите температуру кипения и замерзания 5% водного раствора фруктозы.

К∙кг/моль, К∙кг/моль.

Задача №8.Бензол используется для синтеза поверхностно-активных веществ, в том числе большое количество фармацевтических препаратов. Вычислите давление насыщенного пара над раствором бензола (Mr=78 г/моль), в 83 г которого содержится 12,8 г нафталина — С10Н8 (

= 128 г/моль), если давлениенасыщенного пара бензола при 20 о С равна 100 кПа.

Дата добавления: 2015-03-29 ; Просмотров: 2148 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

11. ПОНИЖЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННОГО ПАРА РАСТВОРИТЕЛЯ НАД РАСТВОРОМ

При растворении нелетучих веществ давление пара растворителя уменьшается так, что давление пара над поверхностью раствора оказывается меньше, чем измеренное при той же температуре давление пара над поверхностью чистого растворителя Разность называют понижением давления насыщенного пара. Величина понижения давления насыщенного пара зависит от концентрации растворенного вещества.

Опытным путем Раулем (1830 — 1901) было найдено, что для разбавленных растворов относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного вещества:

Здесь число молей растворенного вещества и число молей растворителя. Написанное соотношение обычно называют законом Рауля.

Таким образом, относительное понижение давления насыщенного пара оказывается независящим от химической природы растворенного вещества, а зависящим только от отношения числа молекул растворенного вещества к общему числу молекул в растворе.

Для объяснения закона Рауля о молекулярно-кинетической точки зрения вспомним, что при данной температуре в паровую фазу при испарении переходит определенная доля от общего числа молекул жидкости, подходящих из более глубоких слоев за 1

секунду к каждому квадратному метру поверхности, отделяющей жидкость от пара. Общее число молекул, попадающих на поверхности за единицу времени, пропорционально числу их в единице объема. При растворении число молекул растворителя в единице объема понижается, поскольку молекулы растворенного вещества в результате оказываемого ими осмотического давления увеличивают объем, занимаемый молекулами растворителя до объема раствора Если число молекул растворителя равно то можно написать, что

или

Рис. 63. Понижение давления пара водных растворов маннита.

В том случае, когда взаимодействия молекул растворителя и растворенного вещества различаются незначительно, не будет большой ошибки принять, что внутреннее молекулярное давление в растворителе и растворе одинаково. При этом условии объемы, занимаемые раствором и растворителем, будут пропорциональны числам молекул того и другого, т. е.

число молекул растворителя, число молекул растворенного вещества.) Отсюда находим, что

Пользуясь правилом пропорций, можно записать:

Для того чтобы получить из этого уравнения закон Рауля, достаточно разделить числитель и знаменатель дроби, стоящей справа, на число Авогадро.

Рисунок 63, на котором сплошная линия вычерчена согласно закону Рауля для водных растворов маннита, а кружки

соответствуют найденным на опыте значениям понижения давления пара, свидетельствует о том, что в разбавленных растворах закон Рауля удовлетворительно согласуется с опытом. В концентрированных растворах наблюдаются различные по величине и характеру отклонения от закона Рауля.

Понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором вызывает повышение температуры кипения раствора по сравнению с температурой кипения чистого растворителя. Связь между этими явлениями поясняет рисунок 64, на котором сплошной линией изображено изменение с температурой давления насыщенного пара отдельно взятого растворителя, а пунктирной линией — давления насыщенного пара растворителя над раствором. Как мы знаем, кипение наступает тогда, когда давление насыщенного пара жидкости делается равным внешнему давлению. Если опыт производится при атмосферном давлении, то температуры кипения раствора и растворителя Т найдутся как абсциссы точек пересечения изображенных кривых с прямой, параллельной оси абсцисс и соответствующей нормальному атмосферному давлению. Рассмотрение полученного таким образом графика убеждает в том, что температура кипения раствора действительно выше, чем температура кипения чистого растворителя.

Рис. 64. Повышение температуры кипения растворов.

Разность между температурами кипения раствора и растворителя называется повышением температуры кипения раствора. Для разбавленных растворов повышение температуры кипения пропорционально молекулярной концентрации растворенного вещества и не зависит от его химической природы.

Источник

Давление насыщенного пара растворителя

II. Давление пара разбавленных растворов. Закон Рауля

, где

Þ -давление пара над чистым растворителем, Па; — давление пара растворителя над раствором нелетучего вещества, Па; / /– абсолютное понижение давления пара над раствором, Па. Величина — относительное понижение давления пара над раствором.

Þ — молярная доля растворенного вещества (Х), которая определяется по формуле: , где — число молей растворенного вещества; — число молей растворителя. Величина – мольная доля растворенного вещества.

Þ Число молей растворенного вещества и растворителя можно находить по формулам: или .

Þ Отсюда можно найти: и

Таким образом, относительное понижение давления пара растворителя над раствором (или депрессия раствора) зависит только от концентрации раствора, но не зависит от температуры. Для разбавленных растворов по сравнению мало и поэтому его величиной в знаменателе уравнения: можно пренебречь и тогда закон Рауля примет вид: .

2.2. Температура кипения и замерзания растворителя и раствора(II закон Рауля)

— моляльность раствора;

— эбуллиоскопическая постоянная растворителя (от лат. «ebbulire» — выкипать);

— криоскопическая постоянная растворителя (от греч. «криос» — холод);

— температура кипения и замерзания раствора;

– температура кипения и замерзания чистого растворителя.

Постоянные константы и не зависят от природы растворенного вещества, а характеризуют лишь растворитель. Справочные значения констант и для некоторых растворителей приведены в таблице (см. приложение 6).

1. тоноскопический (понижение давления пара над раствором);

2. криоскопический (понижение температуры замерзания раствора);

3. эбуллиоскопический (повышение температуры кипения раствора).

В целом, обобщенные формулы для разбавленных растворов электролитов и неэлектролитов имеют вид:

Решение.

1. Для растворов электролитов применяем формулу: , из которой находим изотонический коэффициент: .

2. Соль при диссоциации образует 2 иона (К=2).

3. Согласно (3) , отсюда или .

Ответ. .

Решение.

1. Согласно (1) и (2) , а .

2. Так как оба раствора изотоничны, то .

3. При диссоциации молекулы соли образуется 3 иона (К=3), .

4. Согласно формуле (3): . Следовательно, .

Ответ. моль/л.

Решение.

1. Согласно закону эбулиоскопии(Рауля): град.

2. Тогда

Ответ.

Решение.

1. Из формулы закона криоскопии (Рауля): , следует:

2. Отсюда: .

Ответ.Раствор начнет замерзать примерно при .

1.2. Ситуационные задачи №№5, 6, 7,8для закрепления материала (выполнить в протокольной тетради).

Задача №5. В медицинской практике для компенсации больших потерь крови больному вводят физиологический раствор. Рассчитайте массовую долю (в %) NaCI (с точностью до целых) в физиологическом растворе, осмотическое давление которого при 25оС составляет 762,7 кПа (α=1, ρ=1 г/см3).

Задача №6. С медицинской целью камфору применяют натуральную правовращающую, добываемую из камфорного дерева, либо синтетическую левовращающую, полученного из пихтового масла, либо рацемическую. Криоскопическая постоянная камфоры равна 40,27 оС. 0,0113 г фенантрена понизили точку замерзания 0,0961 г камфары на 27,0 оС. Найдите молярную массу фенантрена в камфоре.

Вычислите температуру кипения и замерзания 5% водного раствора фруктозы. К∙кг/моль, К∙кг/моль.

Источник