Прыклады пытанняў і абмеркаванне зніжэння ціску пары раствораў
Зніжэнне ціску пары раствора (паніжэнне ціску пары) — гэта калігатыўная ўласцівасць раствораў, якая залежыць толькі ад колькасці раствораных часціц, а не ад хімічнай прыроды гэтых часціц. Для палягчэння разумення мы абмяркуем гэтую канцэпцыю на некалькіх прыкладах і падрабязных абмеркаваннях.
Асноўная канцэпцыя падзення ціску пары
Калі лятучае рэчыва раствараецца ў растваральніку з утварэннем раствора, ціск пары раствора звычайна ніжэйшы за ціск пары чыстага растваральніка пры той жа тэмпературы. Гэтая з'ява вядомая як паніжэнне ціску пары. Асноўнай прычынай гэтага працэсу з'яўляецца прысутнасць часціц растворанага рэчыва, якія зніжаюць верагоднасць пераходу малекул растваральніка ў газавую фазу, тым самым зніжаючы ціск пары.
Гэта зніжэнне ціску пары можна разлічыць па формуле:
\[ \Delta P = P^\text{0} – P \]
Дзе:
– \( \Delta P \) — гэта зніжэнне ціску пары.
– \(P^\text{0} \) — ціск пары чыстага растваральніка.
– \(P \) — ціск пары раствора.
Падзенне ціску пары таксама можна выразіць з дапамогай ураўнення Рауля наступным чынам:
\[ \Delta P = x_{\text{растворанага рэчыва}} \cdot P^\text{0} \]
Дзе:
– \(x_{\text{растворанае рэчыва}} \) — мольная доля растворанага рэчыва.
Для наступных прыкладаў дапусцім, што ў нас ёсць чысты растваральнік і розныя раствораныя рэчывы ў стандартных умовах.
Прыклад пытання 1
Пытанне:
Дапусцім, у нас ёсць раствор, які складаецца з 10 грамаў мачавіны (NH2CONH2), раствораных у 90 грамах вады. Ціск пары чыстай вады пры пэўнай тэмпературы складае 23.76 мм рт.сл. Разлічыце ціск пары раствора.
Абмеркаванне:
Крок 1: Разлічыце колькасць моляў мачавіны і вады.
– Малярная маса мачавіны (NH₂(_2)CONH₂(_2)): 60 г/моль.
– Колькасць моляў мачавіны:
\[ \text{моль мачавіны} = \frac{10\text{ г}}{60\text{ г/моль}} = 0.167 \text{ моль} \]
– Малярная маса вады (H₂O): 18 г/моль.
– Колькасць моляў вады:
\[ \text{молі вады} = \frac{90\text{ г}}{18\text{ г/моль}} = 5 \text{ моль} \]
Крок 2: Разлічыце мольную долю мачавіны.
\[ x_{\text{мачавіна}} = \frac{\text{моль мачавіны}}{\text{моль мачавіны} + \text{моль вады}} = \frac{0.167}{0.167 + 5} = 0.0326 \]
Крок 3: Разлічыце падзенне ціску пары.
\[ \Delta P = x_{\text{мачавіна}} \cdot P^\text{0}_{\text{паветра}} \]
\[ \Delta P = 0.0326 \cdot 23.76 \text{ мм рт.сл.} = 0.774 \text{ мм рт.сл.} \]
Крок 4: Разлічыце ціск пары раствора.
\[ P_{\text{раствор}} = P^\text{0}_{\text{вада}} – \Delta P \]
\[ P_{\text{раствор}} = 23.76 \text{ мм рт.сл.} – 0.774 \text{ мм рт.сл.} = 22.986 \text{ мм рт.сл.} \]
Прыклад пытання 2
Пытанне:
Раствор рыхтуюць, раствараючы 58.5 г хларыду натрыю (NaCl) у 200 г вады. Разлічыце паніжэнне ціску пары пры 50°C, калі ціск пары чыстай вады складае 92.5 мм рт.сл.
Абмеркаванне:
Крок 1: Разлічыце колькасць моляў NaCl і вады.
– Малярная маса NaCl: 58.5 г/моль.
– Колькасць моляў NaCl:
\[ \text{моль NaCl} = \frac{58.5\text{ г}}{58.5\text{ г/моль}} = 1 \text{ моль} \]
– Малярная маса вады (H₂O): 18 г/моль.
– Колькасць моляў вады:
\[ \text{молі вады} = \frac{200\text{ г}}{18\text{ г/моль}} = 11.11 \text{ моль} \]
Крок 2: Памятайце, што поўная іянізацыя NaCl прыводзіць да ўтварэння 2 іёнаў на адзінку формулы (Na\(^+\) і Cl\(^-\)).
\[ n_{\text{агулам}} = n_{\text{NaCl}} \cdot 2 = 1 \cdot 2 = 2 \text{моль іонаў} \]
Крок 3: Разлічыце мольную долю растворанага рэчыва.
\[ x_{\text{NaCl}} = \frac{n_{\text{агульны}}}{n_{\text{агульны}} + n_{\text{паветра}}} = \frac{2}{2 + 11.11} = 0.152 \]
Крок 4: Разлічыце падзенне ціску пары.
\[ \Delta P = x_{\text{NaCl}} \cdot P^\text{0}_{\text{паветра}} \]
\[ \Delta P = 0.152 \cdot 92.5 \text{ мм рт.сл.} = 14.06 \text{ мм рт.сл.} \]
Прыклад пытання 3
Пытанне:
Калі 20 грамаў глюкозы (C\(_6\)H\(_{12}\)O\(_6\)) раствараюцца ў 150 грамах вады, а ціск пары чыстай вады пры тэмпературы 25°C складае 23.8 мм рт.сл., вылічыце ціск пары раствора.
Абмеркаванне:
Крок 1: Вылічыце колькасць моляў глюкозы і вады.
– Малярная маса глюкозы: 180 г/моль.
– Колькасць моляў глюкозы:
\[ \text{моль глюкозы} = \frac{20\text{ г}}{180\text{ г/моль}} = 0.111 \text{ моль} \]
– Малярная маса вады (H₂O): 18 г/моль.
– Колькасць моляў вады:
\[ \text{молі вады} = \frac{150\text{ г}}{18\text{ г/моль}} = 8.33 \text{ моль} \]
Крок 2: Разлічыце мольную долю глюкозы.
\[ x_{\text{глюкоза}} = \frac{\text{моль глюкозы}}{\text{моль глюкозы} + \text{моль вады}} = \frac{0.111}{0.111 + 8.33} = 0.0132 \]
Крок 3: Разлічыце падзенне ціску пары.
\[ \Delta P = x_{\text{глюкоза}} \cdot P^\text{0}_{\text{вада}} \]
\[ \Delta P = 0.0132 \cdot 23.8 \text{ мм рт.сл.} = 0.314 \text{ мм рт.сл.} \]
Крок 4: Разлічыце ціск пары раствора.
\[ P_{\text{раствор}} = P^\text{0}_{\text{вада}} – \Delta P \]
\[ P_{\text{раствор}} = 23.8 \text{ мм рт.сл.} – 0.314 \text{ мм рт.сл.} = 23.486 \text{ мм рт.сл.} \]
Закрыццё
З прыведзеных вышэй прыкладаў відаць, што зніжэнне ціску пары раствора можна лёгка вылічыць, калі ведаць колькасць моляў растворанага рэчыва і растваральніка, а таксама ціск пары чыстага растваральніка. Гэтая канцэпцыя мае шмат важных ужыванняў, асабліва ў хімічнай і фармацэўтычнай прамысловасці, дзе кантроль уласцівасцяў раствора мае вырашальнае значэнне. Добрае разуменне гэтай канцэпцыі таксама дапамагае ў далейшых даследаваннях тэрмадынамічных уласцівасцей раствораў.
