Hvad er kolligative egenskaber?

Den tyske kemiker Wilhelm Ostwald var den første til at introducere begrebet kolligative egenskaber i 1891. Dette navn opstod fra hans arbejde med opløste stoffers egenskaber, herunder:

1. Kolligative egenskaber: de afhænger kun af koncentrationen og temperaturen af ​​det opløste stof og ikke af typen af ​​opløste partikler.
2. Konstitutive egenskaber: er dem, der afhænger af den molekylære struktur af de opløste partikler i en opløsning.
3. Additive egenskaber: som er summen af ​​alle partiklernes egenskaber og afhænger af det opløste stofs molekylære formel. For eksempel massen.

Kolligative egenskaber er ikke relateret til størrelsen eller nogen anden egenskab af de opløste stoffer, men kun til antallet af partikler i det opløste stof. Disse egenskaber er resultatet af virkningen af ​​opløste partikler under opløsningsmiddeldamptryk.

Eksempler på kolligative egenskaber

De kolligative egenskaber er:

• Osmotisk tryk
• ebulliskopisk elevation
• kryoskopisk nedstigning
• Opløsningsmiddeldamptrykfald

osmotisk tryk

Osmotisk tryk er relateret til begreberne diffusion og osmose. Det er defineret som tilbøjeligheden til at fortynde en opløsning, der er adskilt fra opløsningsmidlet af en semipermeabel membran. Det opløste stof udøver osmotisk tryk, når det står over for opløsningsmidlet, hvis det ikke kan krydse membranen, der adskiller dem.

Vi kan også sige, at det osmotiske tryk af en opløsning svarer til det mekaniske tryk, der er nødvendigt for at forhindre indtrængen af ​​vand, når det er adskilt fra opløsningsmidlet af en semipermeabel membran.

Det osmotiske tryk måles med osmometeret. Dette er en beholder, der er lukket i bunden af ​​en semipermeabel membran. Øverst har den et stempel. Hvis en opløsning indføres i beholderen og derefter nedsænkes i destilleret vand, passerer den gennem den semipermeable membran og udøver et tryk, der er i stand til at hæve stemplet. På denne måde er det muligt, ved at udsætte stemplet for et passende mekanisk tryk, at forhindre vandet i at passere ind i opløsningen.

Osmotisk tryk er en af ​​de vigtigste kolligative egenskaber, især på et biologisk niveau, fordi det er til stede i cellefunktion og andre processer i levende væseners organisme.

Ebulliskopisk elevation

Ebulloskopisk forhøjelse er relateret til en væskes kogepunkt . Kogetemperaturen er den, hvis damptryk er lig med atmosfærisk tryk.

Hvis damptrykket falder, sker der en stigning i kogetemperaturen. Denne stigning er proportional med molfraktionen af ​​det opløste stof. Stigningen i kogetemperaturen (forkortet DTe) er proportional med molkoncentrationen af ​​det opløste stof. Det udtrykkes med følgende ligning:

DTe = Ke m

Den ebulloskopiske konstant (Ke) er kendt som karakteristikken for hvert opløsningsmiddel uanset typen af ​​opløst stof. For vand er værdien af ​​kogekonstanten 0,52 ºC/mol/Kg. Dette betyder, at en molal opløsning af ethvert opløst stof i vand giver en ebulloskopisk stigning på 0,52ºC.

kryoskopisk nedstigning

Kryoskopisk nedstigning er relateret til frysepunktet for en væske. Frysetemperaturen for opløsninger er mindre end frysetemperaturen for opløsningsmidlet. Derfor opstår frysning, når væskens damptryk er lig med det faste stofs damptryk. Dette udtrykkes således:

DTc = Kcm

Det kryoskopiske fald kaldes « Tc» og molkoncentrationen af ​​det opløste stof « m» .

Opløsningsmidlets kryoskopiske konstant kaldes “Kc”. I tilfælde af vand er værdien af ​​den kryoskopiske konstant 1,86 ºC/mol/Kg. Det vil sige, at de molale opløsninger (m=1) af ethvert opløst stof i vand fryser ved -1,86 ºC.

Opløsningsmiddeldamptrykfald

Damptrykket af et opløsningsmiddel falder, når et ikke-flygtigt opløst stof tilsættes det. Denne effekt opstår fordi:

• Antallet af opløsningsmiddelmolekyler på den frie overflade falder.
• Tiltrækningskræfter opstår mellem molekylerne af det opløste stof og opløsningsmidlets molekyler, hvilket gør deres omdannelse til en damp vanskeligere.

Sagt på en anden måde, når vi tilsætter mere opløst stof, observeres et lavere damptryk. Derfor er faldet i damptryk af opløsningsmidlet i en opløsning proportional med molfraktionen af ​​det opløste stof.

Dette kan udtrykkes med følgende formel:

ΔP= x _s P ₀

I dette tilfælde er x _s molfraktionen af ​​det opløste stof, og P ₀ angiver opløsningsmidlets damptryk.

Hvordan fungerer kolligative egenskaber?

Funktionen af ​​kolligative egenskaber er tydelig, når et opløst stof tilsættes til et opløsningsmiddel for at danne en opløsning. Der fortrænger de opløste partikler en del af opløsningsmidlet i flydende tilstand, hvilket reducerer koncentrationen af ​​opløsningsmiddel pr. volumenenhed. I en fortyndet opløsning er det lige meget, hvilke partikler det er, men hvor mange der er. For eksempel ved at opløse calciumchlorid (CaCL ₂) produceres i alt tre partikler: en calciumion og to chloridioner. På den anden side, hvis vi opløser bordsalt eller natriumchlorid (NaCl), får vi to partikler: en natriumion og en chloridion. I dette tilfælde ville calciumchlorid have en større effekt på kolligative egenskaber end bordsalt. Derfor er calciumchlorid et mere effektivt afisningsmiddel ved lavere temperaturer end almindeligt salt.

Selvom kolligative egenskaber generelt overvejes for ikke-flygtige opløste stoffer, gælder effekten også for flygtige opløste stoffer som salt. Hvis vi tilføjer en knivspids salt til en kop vand, vil vandet fryse ved en lavere temperatur end normalt, koge ved en højere temperatur, have et lavere damptryk og ændre dets osmotiske tryk. 

Et andet simpelt eksempel er at tilsætte alkohol, en flygtig væske, til vand. På den måde sænkes det frysepunkt, som ren alkohol eller vand normalt har, hvorfor alkoholholdige drikke normalt ikke fryser i et husholdningskøleskab.

Bibliografi

• García Bello, D. Alt er et spørgsmål om kemi . (2016). Spanien. Paidos Iberica.
• Nguyen-Kim, MT Mit liv er kemi . (2020). Spanien. Redaktionel Ariel.
• Masterton, WL; Hurley, C.N. Kemi: Principper og reaktioner . (2003, 4. udgave). Spanien. B&W.