خواص کولیگاتیو

خواص کولیگاتیو(بهانگلیسی:Colligative properties) خواصی از یکمحلولمیباشد که بهغلظتذرات حل شده در آن بستگی داشته باشد نه به نوع و ماهیت این ذرات. این خواص عبارت اند از:فشار بخار،دمای انجماد،دمای جوشو [[فشار اسمزی]].

اثر افزایش غلظت بر خواص کولیگاتیو

چون خواص کولیگاتیو وابسته به غلظت هستند متأثر از آن نیز هستند.

اثر افزایش غلظت بر فشار بخار

تبخیر سطحیبه معنی جدا شدن مولکولهای مایع از سطح آن است که میتواند بر اثر آن به دیوارههای ظرف، مولکولهای هوا و… فشار وارد شود، فشار ناشی از حضور مولکولهای بخار مایع در بالای سطح آن را فشار بخار میگویند، این فشار در دمای معین ثابت است

در اثر افزایش غلظت به جای تعدادی از مولکولهای حلال مولکولهای حل شونده قرار میگیرند اگرحل شونده غیر فرارباشد آن گاه به خاطر کاهش تعداد مولکولهای تبخیر شده فشار بخار مایع کاهش میابد

اثر افزایش غلظت بر دمای جوش

تبخیر زمانی رخ میدهد که فشار بخار مایع با فشار هوای محیط برابر شود، چون افزایش غلظت فشار بخار محلول را کاهش میدهد در نتیجه انرژی بیشتری نیاز است تا مولکولهای عمقی تر محلول بر اثر جنب و جوش خود به سطح آمده تبخیر شده و باعث افزایش فشار بخار شوند در نتیجه افزایش غلظت باعث افزایش نقطهٔ جوش(میعان)هستند

محاسبهٔ نقطهٔ جوش محلولها

بهطور کلی از فرمول زیر محاسبه میشود:

T_b= K_bX m∆ در این معادله T_b∆ صعود نقطه جوش بر حسب درجه سیلسیوس، m مولاریته و K_bثابت مربوط به حلال مورد نظر است(در بخش پیوست برخی K_bهایی را برای نمونه ذکر کردهایم).

میزان افزایش دمای نقطهٔ جوش برای محلولهای آبی

از آن جا که K_bبرای آب ۰٫۵۲ درجه میباشداز فرمول زیر محاسبه میگردد

میزان افزایش دمای نقطهٔ جوش=۰/۶۲*تعداد مول حاصل از انحلال یک مول حل شونده*غلظت مولال.

اثر افزایش غلظت بر دمای ذوب

1. برای خود به خودی بودن واکنش نیاز است عواملآنتالپیوآنتروپیبررسی شوند
2. زمانی عامل آنتروپی مساعد است که تغییراتآنتروپیمثبت باشد
3. زمانی عامل آنتالپی مساعد است که تغییرات آن منفی باشد
4. آنتروپی یخ از آب کمتر است
5. آنتروپی محلول هاز از مایع خالص بیشتر است
6. بهطور کلی امکان خود به خودی بودن یا نبودن واکنش از طریق فرمولانرژی آزاد گیبسبررسی میشود پس واکنشهایی که عامل آنتروپی نا مساعد دارند برای انجام نیاز به عامل آنتاپی مساعد دارند.

چون حالت جامد آنتروپی کمتری نسبت به مایع دارد فرایند انجماد باید با کاهش آنتالپی همراه باشد، چون آنتروپی محلول بیشتر از مایع خالص است پس تغیرات آنتروپی آن برای انجماد شدید تر است (یشتر کاهش میاد) پس برای اینکه از نظرترمودینامیکیوقوع آن ممکن شود لازم است تغییرات آنتالپی آن نیز شدید تر باشد (بیشتر کاهش یابد) پس افزایش غلظت موجب کاهش یافتن دمای انجماد (ذوب) میشود.

محاسبهٔ نقطهٔ انجماد محلول ه

فرمول کلی برای این محاسبه عبارت است از:T_f= K_fxm∆ در این معادله T_f∆ نزول نقطهٔ جوش بر حسب درجه سیلسیوس، m غلظت مولال و K_fثابت مربوط به حلال مورد نظر است.(در بخش پیوست برخی K_fهایی را برای نمونه ذکر کردهایم)

میزان کاهش دمای نقطهٔ انجماد برای محلولهای آبی

از آن جا که K_fبرای آب ۱/۸۶- میباشدمیزان کاهش نقطهٔ انجماد محلولهای آبی از فرمول زیر محاسبه میگردد:

میزان کاهش دمای نقطهٔ انجماد=۱/۸۶–*تعداد مول حاصل از انحلال یک مول حل شونده*غلظت مولال

فشار اسمزی

اثر افزایش غلظت بر فشار اسمزی

هرچه غلظت افزایش یابد فشار اسمزی هم افزایش مییابد

محاسبهٔ اثر غلظت بر فشار اسمزی

π = MRT

در این معادله، π فشار اسمزی بر حسب اتمسفر، M مولاریته، R [null ثابت جهانی گازها] (0.0821Lit.atm/mol^˚K) و T دمابر حسبکلوینمیباشد.

چونM = n/Vکه در آن n تعداد مولها و V حجم هستند، بنابراینπV = nRT.

کاربردها

برای کاربردهای اثر افزایش غلظت بر تغییرات خواص کولیگاتیو نمونههای متعددی وجود دارد که از آن جمله میتوان به استفاده ازضدیخبرای افزایش نقطهٔ جوش و و کاهش نقطهٔ ذوب و در نتیجه افزایش گسترهٔ مایع بودن آب درونرادیاتور خودروها اشاره کرد

پیوست

۱. فهرست دمای جوش و انجماد حلالها

حلال	دمای جوش (°C)	Kb(°C/(mol kg−۱))	دمای انجماد (°C)	Kf(°C/(mol kg−۱))	منبع دادهها
آنیلین	۱۸۴٫۳	۳٫۶۹	–۵٫۹۶	–۵٫۸۷	Kb& Kf
لوریک اسید	۲۹۸٫۹		۴۴	–۳٫۹
استیک اسید	۱۱۸٫۱	۳٫۰۷	۱۶٫۶	–۳٫۹۰	KbKf
استون	۵۶٫۲	۱٫۶۷	–۹۴٫۸		Kb
بنزن	۸۰٫۱	۲٫۶۵	۵٫۵	–۵٫۱۲	Kb& Kf
برموبنزن	۱۵۶٫۰	۶٫۲۶
کافور	۲۰۴٫۰	۵٫۹۵	۱۷۹	–۴۰	Kf
کربن دیسولفید	۴۶٫۲	۲٫۳۴	–۱۱۱٫۵	–۳٫۸۳
کربن تتراکلرید	۷۶٫۸	۴٫۸۸	–۲۲٫۸	–۲۹٫۸	Kb& Kf
کلروفرم	۶۱٫۲	۳٫۸۸	–۶۳٫۵	–۴٫۹۰	Kb& Kf
سیکلوهگزان	۸۰٫۷۴	۲٫۷۹	۶٫۵۵	–۲۰٫۲
دیاتیل اتر	۳۴٫۵	۲٫۱۶	–۱۱۶٫۲	–۱٫۷۹	Kb& Kf
اتانول	۷۸٫۴	۱٫۱۹	–۱۱۴٫۶	–۱٫۹۹	Kb
۲٬۱-دیبرمواتان	۱۳۰٫۰	۶٫۴۳	۹٫۹۷۴	–۱۲٫۵	Kb& Kf
فرومیک اسید	۱۰۱٫۰	۲٫۴	۸٫۰	–۲٫۷۷	Kb& Kf
نفتالین	۲۱۷٫۹		۸۰٫۲	–۶٫۸۰
نیتروبنزن	۲۱۰٫۸	۵٫۲۴	۵٫۷	–۷٫۰۰
فنول	۱۸۱٫۷۵	۳٫۶۰	۴۳٫۰	–۷٫۲۷	KfKb
آب	۱۰۰٫۰۰	۰٫۵۱۲	۴٫۰	–۱٫۸۶	Kb& Kf

۲. حل شوندهٔ غیر فرار

عبارت است از حل شونده ای که در دمای اتاقفشار بخاربسیار ناچیزی داشته باشد

جستارهای وابسته

• اسمز
• ضریب وانتهف
• محلولها
• محلولهای آبی
• فشار اسمزی
• فشار بخار
• جدول فشار بخار عناصر
• دمای انجماد
• دمای جوش
• مولالیته