12.8 : Снижение давления пара

Некоторые свойства раствора зависят от типа растворенного вещества. Водный раствор соляной кислоты окрашивает индикатор pH в красный цвет, а раствор гидроксида натрия в синий. Другие свойства раствора зависят только от концентрации или количества частиц растворенного вещества, а не от типа растворенного вещества.

Это так называемые коллигативные свойства. Одно из таких свойств давление пара раствора. Давление пара жидкости это давление газа над жидкостью в результате испарения, когда жидкость и газ находятся в динамическом равновесии в закрытом контейнере.

Давление паров раствора всегда меньше, чем у чистого растворителя. Рассмотрим раствор, полученный при смешивании воды, нелетучего растворенного вещества, то есть вещества, давление пара которого не поддается измерению, и летучего растворителя. В чистом растворителе вся поверхность жидкости состоит из частиц растворителя.

Некоторые из этих частиц уходят в газообразное состояние, чтобы создать пар, в то время как некоторые из молекул газа выше конденсируются обратно в жидкое состояние. Когда скорость испарения равна скорости конденсации, достигается динамическое равновесие. В растворе поверхность жидкости содержит как растворенные вещества, так и частицы растворителя.

Таким образом, меньшее количество поверхностных частиц растворителя может испариться. Скорость конденсации уменьшается, чтобы восстановить динамическое равновесие с уменьшенной скоростью испарения, с более низкой концентрацией частиц растворителя в газообразном состоянии. Давление паров раствора можно рассчитать по закону Рауля, который гласит, что парциальное давление раствора равно мольной доле растворителя, чи, умноженной на давление пара чистого растворителя P0.Например, раствор содержит 1, 5 моль нелетучего растворенного вещества, такого как глицерин, и 3, 5 моль воды при 25 градусах Цельсия.

Мольная доля растворителя составляет 0, 70, а давление пара чистой воды составляет 23, 8 торр. Давление паров раствора можно рассчитать с использованием закона Рауля, и оно составит 16, 7 торр, что составляет 70%от давления пара чистого растворителя. Уравнение понижения давления пара, ΔP, также может быть получено из закона Рауля.

Поскольку мольная доля растворителя равна единице минус мольная доля растворенного вещества, ее можно подставить в закон Рауля. Это можно использовать для создания уравнения, в котором снижение давления пара прямо пропорционально мольной доле растворенного вещества. Вспоминая предыдущий пример, мольная доля растворенного вещества равна 1 минус мольная доля растворителя.

Подставляя значение, мольная доля растворенного вещества составляет 0, 3. Учитывая, что давление пара чистой воды составляет 23, 8 торр, снижение давления пара рассчитывается равным 7, 14 торр. Суммируя ΔP и давление пара раствора, получаем давление пара чистого растворителя.