Primjeri pitanja koja raspravljaju o koligativnim svojstvima rješenja
Koligativna svojstva otopina su svojstva koja ovise samo o broju čestica otopljene tvari u otopini, a ne o vrsti ili prirodi otopljene tvari. Postoje četiri glavne vrste koligativnih svojstava: snižavanje tlaka pare, povišenje vrelišta, snižavanje točke smrzavanja i osmotski tlak. U ovom ćemo članku raspravljati o nekoliko primjera problema i raspravljati o svakom koligativnom svojstvu otopina.
1. Smanjenje tlaka pare (Raoultov zakon)
Primjer problema:
Otopite 18 grama uree (NH2CONH2) u 200 grama vode. Koliko se smanji tlak pare otopine ako je tlak pare čiste vode na određenoj temperaturi 23.8 mmHg? (Molarna masa uree = 60 g/mol)
Rasprava:
Za izračun snižavanja tlaka pare, moramo izračunati molarni udio otopljene tvari.
1. Izračunajte broj molova uree:
\[
\text{Broj molova uree} = \frac{18 \text{ g}}{60 \text{ g/mol}} = 0.3 \text{ mol}
\]
2. Izračunajte broj molova vode:
\[
\text{Molarna masa vode} = 18 \text{ g/mol}
\]
\[
\text{Broj molova vode} = \frac{200 \text{ g}}{18 \text{ g/mol}} = 11.11 \text{ mol}
\]
3. Izračunajte molni udio otopljene tvari:
\[
x_{\text{urea}} = \frac{0.3 \text{ mol}}{0.3 \text{ mol} + 11.11 \text{ mol}} = 0.0265
\]
4. Smanjenje tlaka pare:
\[
ΔP = P_0 x urea = 23.8 mmHg x 0.0265 = 0.63 mmHg
\]
2. Povišenje točke vrelišta
Primjer problema:
Kolika je povišena točka vrelišta otopine koja sadrži 1 mol NaCl/kg vode? Kf za vodu je 0.52 °C/m.
Rasprava:
NaCl u otopini disocira na 2 iona (Na+ i Cl-), pa je van 't Hoffov faktor (i) jednak 2.
1. Izračunajte molalnost otopine (m):
\[
m = \frac{1 \text{ mol}}{1 \text{ kg}} = 1 \text{ m}
\]
2. Povišenje vrelišta:
\[
\Delta T_b = i \cdot K_b \cdot m = 2 \cdot 0.52 \text{ °C/m} \cdot 1 \text{ m} = 1.04 \text{ °C}
\]
Dakle, porast vrelišta otopine iznosi 1.04 °C.
3. Depresija točke smrzavanja
Primjer problema:
Izračunajte sniženje točke ledišta otopine koja sadrži 0.5 mola glukoze (C6H12O6)/kg vode. Kf za vodu je 1.86 °C/m.
Rasprava:
Glukoza se ne disocira u otopini, pa je van 't Hoffov faktor (i) jednak 1.
1. Izračunajte molalnost otopine (m):
\[
m = \frac{0.5 \text{ mol}}{1 \text{ kg}} = 0.5 \text{ m}
\]
2. Sniženje točke smrzavanja:
\[
\Delta T_f = i \cdot K_f \cdot m = 1 \cdot 1.86 \text{ °C/m} \cdot 0.5 \text{ m} = 0.93 \text{ °C}
\]
Dakle, sniženje točke smrzavanja otopine iznosi 0.93 °C.
4. Osmotski tlak
Primjer problema:
Izračunajte osmotski tlak 0.1 M otopine uree pri 27 °C. (R = 0.0821 L·atm/K·mol)
Rasprava:
Osmotski tlak (\(\pi\)) može se izračunati pomoću formule:
\[
\pi = MRT
\]
1. Pretvorite temperaturu u Kelvine:
\[
T = 27 °C + 273.15 = 300.15 K
\]
2. Izračunajte osmotski tlak:
\[
π = 0.1 M × 0.0821 L·atm/K·mol 300.15 K
\]
\[
\pi = 2.461 \text{ atm}
\]
Dakle, osmotski tlak otopine je 2.461 atm.
Zaključak
Koligativna svojstva otopina pružaju jednostavan, ali snažan uvid u to kako se otopine ponašaju na temelju broja čestica otopljene tvari. Kroz gornje primjere možemo razumjeti kako izračunati snižavanje tlaka pare, povišenje vrelišta, snižavanje točke smrzavanja i osmotski tlak otopine. Nadamo se da će ova objašnjenja i primjeri biti korisni u razumijevanju koncepta koligativnih svojstava otopina i njihove primjene u svakodnevnom životu, industrijskim procesima i znanstvenim istraživanjima.
