Tabla de Contenidos
Saksalainen kemisti Wilhelm Ostwald esitteli ensimmäisenä kolligatiivisten ominaisuuksien käsitteen vuonna 1891. Tämä nimi syntyi hänen työstään liuenneiden aineiden ominaisuuksista, mukaan lukien:
- Kolligatiiviset ominaisuudet: ne riippuvat vain liuenneen aineen pitoisuudesta ja lämpötilasta, eivät liuenneen aineen hiukkasten tyypistä.
- Konstitutiiviset ominaisuudet: ovat ne, jotka riippuvat liuoksessa olevien liuenneiden hiukkasten molekyylirakenteesta .
- Additiiviset ominaisuudet: jotka ovat kaikkien hiukkasten ominaisuuksien summa ja riippuvat liuenneen aineen molekyylikaavasta. Esimerkiksi massa.
Kolligatiiviset ominaisuudet eivät liity liuenneiden aineiden kokoon tai mihinkään muuhun ominaisuuteen, vaan ainoastaan liuenneen aineen hiukkasten lukumäärään. Nämä ominaisuudet ovat seurausta liuenneiden hiukkasten vaikutuksesta liuotinhöyryn paineessa.
Esimerkkejä kolligatiivisista ominaisuuksista
Kolligatiiviset ominaisuudet ovat:
- Osmoottinen paine
- ebuliskooppinen korkeus
- kryoskooppinen laskeutuminen
- Liuottimen höyryn paineen lasku
osmoottinen paine
Osmoottinen paine liittyy diffuusion ja osmoosin käsitteisiin. Se määritellään taipumuksena laimentaa liuosta, joka on erotettu liuottimesta puoliläpäisevällä kalvolla. Liuotettu aine kohdistaa osmoottisen paineen, kun se kohtaa liuottimen, jos se ei voi ylittää ne erottavan kalvon.
Voidaan myös sanoa, että liuoksen osmoottinen paine vastaa mekaanista painetta, joka tarvitaan estämään veden pääsy sisään, kun se erotetaan liuottimesta puoliläpäisevällä kalvolla .
Osmoottinen paine mitataan osmometrillä. Tämä on säiliö, joka on suljettu pohjasta puoliläpäisevällä kalvolla. Sen yläosassa on mäntä. Jos liuos syötetään säiliöön ja sitten upotetaan tislattuun veteen, se kulkee puoliläpäisevän kalvon läpi ja kohdistaa painetta, joka pystyy nostamaan mäntää. Tällä tavalla alistamalla mäntä sopivalle mekaaniselle paineelle voidaan estää veden pääsy liuokseen.
Osmoottinen paine on yksi tärkeimmistä kolligatiivisista ominaisuuksista, erityisesti biologisella tasolla, koska sitä esiintyy solujen toiminnassa ja muissa elävien olentojen organismin prosesseissa.
Ebuliskooppinen korkeus
Ebulloskooppinen elevaatio liittyy nesteen kiehumispisteeseen . Kiehumislämpötila on se, jonka höyrynpaine on yhtä suuri kuin ilmakehän paine.
Jos höyrynpaine laskee, kiehumislämpötila nousee. Tämä nousu on verrannollinen liuenneen aineen mooliosuuteen. Kiehumislämpötilan nousu (lyhennetty DTe) on verrannollinen liuenneen aineen moolipitoisuuteen. Se ilmaistaan seuraavalla yhtälöllä:
DTe = Ke m
Ebulloskooppinen vakio (Ke) tunnetaan jokaisen liuottimen ominaisuutena liuenneen aineen tyypistä riippumatta. Veden kiehumisvakion arvo on 0,52 ºC/mol/kg. Tämä tarkoittaa, että minkä tahansa liuenneen aineen molaalinen vesiliuos saa aikaan ebulloskooppisen nousun 0,52 ºC.
kryoskooppinen laskeutuminen
Kryoskooppinen laskeutuminen liittyy nesteen jäätymispisteeseen . Liuosten jäätymislämpötila on pienempi kuin liuottimen jäätymislämpötila. Siksi jäätymistä tapahtuu, kun nesteen höyrynpaine on yhtä suuri kuin kiinteän aineen höyrynpaine. Tämä ilmaistaan näin:
DTc = Kcm
Kryoskooppista pienenemistä kutsutaan ” Tc”:ksi ja liuenneen aineen moolikonsentraatioksi ” m” .
Liuottimen kryoskooppinen vakio on nimeltään ”Kc”. Veden osalta kryoskooppisen vakion arvo on 1,86 ºC/mol/kg. Eli minkä tahansa veteen liuenneen aineen molaaliset liuokset (m=1) jäätyvät -1,86 ºC:ssa.
Liuottimen höyryn paineen lasku
Liuottimen höyrynpaine laskee, kun siihen lisätään haihtumatonta liukenevaa ainetta. Tämä vaikutus johtuu seuraavista syistä:
- Liuotinmolekyylien määrä vapaalla pinnalla vähenee.
- Liuenneen aineen ja liuottimen molekyylien väliin ilmaantuu houkuttelevia voimia, mikä vaikeuttaa niiden muuttumista höyryksi.
Toisin sanoen, kun lisäämme enemmän liuennutta ainetta, havaitaan alhaisempi höyrynpaine. Siksi liuottimen höyrynpaineen lasku liuoksessa on verrannollinen liuenneen aineen mooliosuuteen.
Tämä voidaan ilmaista seuraavalla kaavalla:
ΔP = x s P 0
Tässä tapauksessa x s on liuenneen aineen mooliosuus ja P 0 osoittaa liuottimen höyrynpainetta.
Miten kolligatiiviset ominaisuudet toimivat?
Kolligatiivisten ominaisuuksien toiminta näkyy, kun liuennutta ainetta lisätään liuottimeen liuoksen muodostamiseksi. Siellä liuenneet hiukkaset syrjäyttävät osan liuottimesta nestemäisessä tilassa, mikä pienentää liuottimen pitoisuutta tilavuusyksikköä kohti. Laimeassa liuoksessa ei ole väliä mitä hiukkasia se on, vaan kuinka paljon niitä on. Esimerkiksi liuottamalla kalsiumkloridia (CaCL 2) muodostuu yhteensä kolme hiukkasta: yksi kalsiumioni ja kaksi kloridi-ionia. Toisaalta, jos liuotamme ruokasuolaa tai natriumkloridia (NaCl), saamme kaksi hiukkasta: natriumionin ja kloridi-ionin. Tässä tapauksessa kalsiumkloridilla olisi suurempi vaikutus kolligatiivisiin ominaisuuksiin kuin ruokasuolalla. Siksi kalsiumkloridi on tehokkaampi jäänpoistoaine alhaisemmissa lämpötiloissa kuin tavalliset suolat.
Vaikka kolligatiivisia ominaisuuksia pidetään yleensä haihtumattomilla liuenneilla aineilla, vaikutus koskee myös haihtuvia liuenneita aineita, kuten suolaa. Jos lisäämme ripaus suolaa kupilliseen vettä, vesi jäätyy normaalia alemmassa lämpötilassa, kiehuu korkeammassa lämpötilassa, sen höyrynpaine on pienempi ja osmoottinen paine muuttuu.
Toinen yksinkertainen esimerkki on alkoholin, haihtuvan nesteen, lisääminen veteen. Näin puhtaalla alkoholilla tai vedellä normaalisti jäätymispiste alenee, minkä vuoksi alkoholijuomat eivät yleensä jäädy kotitalouksien jääkaapissa.
Bibliografia
- García Bello, D. Kaikki on kemiaa . (2016). Espanja. Paidos Iberica.
- Nguyen-Kim, MT Elämäni on kemiaa . (2020). Espanja. Pääkirjoitus Ariel.
- Masterton, WL; Hurley, C.N. Chemistry: Principles and Reactions . (2003, 4. painos). Espanja. B&W.
