Наслідки із закону Рауля

Із закону Рауля випливають два важливих наслідки:

1) Розчини киплять при більш високій температурі, ніж чистий розчинник;

2) Розчини замерзають при більш низькій температурі, ніж чистий розчинник.

Розглянемо їх більш детально.

Кипіння є фізичним процесом переходу рідини в газоподібний стан або пар, при якому бульбашки газу утворюються по всьому об'єму рідини.

Рідина закипає, коли тиск еенасищенного пара стає рівним зовнішньому тиску. Якщо зовнішній тиск (наприклад, атмосферний) не змінюється, а самажідкость є індивідуальним і хімічно чистою речовиною, то кипіння її у відкритому підігрівається посудині відбувається при постійній температурі до тих пір, поки повністю не зникне рідка фаза.

Так, при атмосферному тиску рівному 101,325 кПа, температура кипіння очищеної (дистильованої) води дорівнює 100 о С або 373,16K.

Якщо ж в Н2 Про розчинити яке-небудь нелетку речовина, то тиск її насиченої пари знизиться. Щоб отриманий розчин закипів, необхідно нагріти його до температури вище, ніж 373,16K, тому що тільки за таких умов тиск насиченої пари розчинника знову стане рівним атмосферному.

Замерзання або крісталлізаціяпредставляет собою фізичне явище, що супроводжується перетворенням рідини в тверду речовину. Причому кристалічні структури утворюються в усьому об'ємі рідини.

Процес замерзання починається, якщо тиск насиченої пари над рідиною стає рівним тиску насиченої пари над її твердими кристалами.

Якщо зовнішнє (атмосферний) тиск залишається постійним, ажідкость не містить сторонніх домішок, то в процесі кристалізації температура охолоджувальної рідини залишатиметься незмінною до тих пір, поки рідка фаза повністю не перетвориться в тверду.

При атмосферному тиску, рівному 101,325 кПа, дистильована вода замерзає при 0 о С (273,16K). Тиск насиченої пари води над льодом і рідиною в цьому випадку дорівнює 613,3 Па.

Для водного розчину тиск насиченої пари розчинника при 0 о С буде менше, ніж 613,3 Па, а треба льодом залишається незмінним. Опущений в такий розчин лід буде швидко танути внаслідок конденсації над ним надлишкової кількості пара.

Лише при зниженні температури знову можна зрівняти тиск насиченої пари над рідкою і твердою фазою і викликати процес кристалізації.

Досвідченим шляхом було встановлено, що підвищення температури кипіння (tкіп.) І зниження температури замерзаніяраствора (tзам.) В порівнянні з чистим розчинником, прямо пропорційно моляльній концентрації розчиненого речовини. Математично це можна записати в такий спосіб:

гдеm- моляльна концентраціярастворенного речовини; EіK, відповідно, ебулліоскопіческая (лат.ebbulio- википала) і кріоскопічна (грец. «криос» - холод) константи, значення яких залежать тільки від пріродирастворітеля (табл. 7).

Таблиця 7. ЕбулліоскопіческіеEі кріоскопіческіеKконстанти деяких розчинників (град / моль)

Ебулліоскопіческая і кріоскопічна константирастворітеля показують, на скільки градусів повишаетсятемпература кипіння і знижується температура замерзаніяраствора, отриманого при розчиненні в одному кілограмі розчинника одного благаючи неелектроліту (m = 1 моль / кг).

Для визначення значень EіKсперва досвідченим шляхом определяютDtкіп. іDtзам. сильно розбавлених розчинів (m<<1), а затем полученные данные пересчитывают или экстраполируют для растворов сm= 1 моль/кг.

Значення EіKможно розрахувати і теоретично за допомогою співвідношення Вант-Гоффа:

гдеR- універсальна газова постійна; T- температура кипіння розчинника; - питома теплота випаровування розчинника.

гдеT- температура плавленіярастворітеля; l- питома теплота плавленіярастворітеля.

Таким чином, розчини різних за своєю природою речовин, але з однаковою моляльній концентрацією будуть кипіти і замерзати при одній і тій жетемпературе.

Слід звернути увагу на важливе отлічіераствора від чистого розчинника. Якщо останній кипить і замерзає при постояннойтемпературе, тораствори роблять це в інтервалетемператур, тобто в процесі їх википання температура весь час підвищується, а при замерзанні - зменшується. Це пов'язано з тим, що видалення з рідкої фазирастворітеля у вигляді пари або твердих кристалів призводить до збільшення моляльній концентрації розчину, тому що розчинена речовина в процесі кипіння і замерзання в незмінній кількості залишається в рідкій фазі (аж до її повного википання або замерзання), а маса рідкого розчинника зменшується.

При практичних ізмереніяхтемператури замерзання або кіпеніяраствора фіксують момент появи в ньому перше твердих кристалів (дляtзам.) Або бульбашок газу (дляtкіп.).

Властивість розчинів знижувати температуру замерзання дозволяє використовувати їх в ролі холодоносіїв.

Так, розчини деяких органічних і неорганічних речовин використовують в якості антифризів для охолодження двигунів внутрішнього згоряння при роботі їх в самих різних кліматичних умовах.

Поніженіетемператури замерзаніярастворов має велике значення для живих організмів. Так, рідина в їх клітинах являє собою розчин різних неорганічних і органічних речовин. Еготемпература замерзання лежить нижче 0 ° С (273,16K), тому клітини не гинуть в умовах переохолодження.

Завдяки цьому явищу, рослини зберігаються в зимовий період. Причому, чим вище концентрація речовин в клітинній рідині, тим нижчі зовнішні температури може переносити рослину.

При цьому для зниження температури замерзання розчину в охолоджуваних клітинах посилюється процес гідролізу більш високомолекулярних сполук до низькомолекулярних (наприклад, вуглеводів - до глюкози).