Jautājumu piemēri par risinājumu koligatīvajām īpašībām
Šķīdumu koligatīvās īpašības ir īpašības, kas ir atkarīgas tikai no šķīdumā esošo daļiņu skaita, nevis no šķīdinātāja veida vai īpašībām. Pastāv četri galvenie koligatīvo īpašību veidi: tvaika spiediena pazemināšanās, viršanas temperatūras paaugstināšanās, sasalšanas temperatūras pazemināšanās un osmotiskā spiediena pazemināšanās. Šajā rakstā mēs apspriedīsim vairākus piemērus problēmām un apspriedīsim katru šķīdumu koligatīvo īpašību.
1. Tvaika spiediena samazināšanās (Raulta likums)
Problēmu piemērs:
Izšķīdiniet 18 gramus urīnvielas (NH2CONH2) 200 gramos ūdens. Cik samazinās šķīduma tvaika spiediens, ja tīra ūdens tvaika spiediens noteiktā temperatūrā ir 23.8 mmHg? (Urīnvielas molārā masa = 60 g/mol)
Diskusija:
Lai aprēķinātu tvaika spiediena pazemināšanos, mums jāaprēķina izšķīdušās vielas mola daļa.
1. Aprēķiniet urīnvielas molu skaitu:
\[
\text{Urīnvielas molu skaits} = \frac{18 \text{ g}}{60 \text{ g/mol}} = 0.3 \text{ mol}
\]
2. Aprēķiniet ūdens molu skaitu:
\[
\text{Ūdens molārā masa} = 18 \text{ g/mol}
\]
\[
\text{Ūdens molu skaits} = \frac{200 \text{ g}}{18 \text{ g/mol}} = 11.11 \text{ mol}
\]
3. Aprēķiniet izšķīdušās vielas mola daļu:
\[
x_{\text{urīnviela}} = \frac{0.3 \text{ mol}}{0.3 \text{ mol} + 11.11 \text{ mol}} = 0.0265
\]
4. Tvaika spiediena samazināšanās:
\[
\Delta P = P_0 \cdot x_{\text{urīnviela}} = 23.8 \text{ mmHg} \x 0.0265 = 0.63 \text{ mmHg}
\]
2. Vārīšanās temperatūras paaugstinājums
Problēmu piemērs:
Kāds ir šķīduma, kas satur 1 mol NaCl/kg ūdens, viršanas temperatūras paaugstinājums? Ūdenim Kf ir 0.52 °C/m.
Diskusija:
NaCl šķīdumā disociējas 2 jonos (Na+ un Cl-), tāpēc van't-Hoff faktors (i) ir 2.
1. Aprēķiniet šķīduma molalitāti (m):
\[
m = \frac{1 \text{ mol}}{1 \text{ kg}} = 1 \text{ m}
\]
2. Vārīšanās temperatūras paaugstinājums:
\[
Delta T_b = i K_b m = 2 0.52 °C/m 1 m = 1.04 °C
\]
Tātad šķīduma viršanas temperatūra paaugstinās par 1.04 °C.
3. Sasalšanas punkta depresija
Problēmu piemērs:
Aprēķiniet sasalšanas temperatūras pazemināšanos šķīdumam, kas satur 0.5 molus glikozes (C6H12O6)/kg ūdens. Ūdenim Kf ir 1.86 °C/m.
Diskusija:
Glikoze šķīdumā nedisociējas, tāpēc van't-Hofa faktors (i) ir 1.
1. Aprēķiniet šķīduma molalitāti (m):
\[
m = \frac{0.5 \text{ mol}}{1 \text{ kg}} = 0.5 \text{ m}
\]
2. Sasalšanas temperatūras pazemināšanās:
\[
Delta T_f = i K_f m = 1 1.86 °C/m 0.5 m = 0.93 °C
\]
Tātad šķīduma sasalšanas temperatūras pazemināšanās ir 0.93 °C.
4. Osmotiskais spiediens
Problēmu piemērs:
Aprēķiniet 0.1 M urīnvielas šķīduma osmotisko spiedienu 27 °C temperatūrā. (R = 0.0821 L·atm/K·mol)
Diskusija:
Osmotisko spiedienu (\(\pi\)) var aprēķināt, izmantojot formulu:
\[
\pi = MRT
\]
1. Konvertējiet temperatūru uz kelviniem:
\[
T = 27 °C + 273.15 = 300.15 K
\]
2. Aprēķiniet osmotisko spiedienu:
\[
\pi = 0.1 \text{ M} \times 0.0821 \text{ L·atm/K·mol} \times 300.15 \text{ K}
\]
\[
\pi = 2.461 \text{ atm}
\]
Tātad šķīduma osmotiskais spiediens ir 2.461 atm.
Secinājums
Šķīdumu koligatīvās īpašības sniedz vienkāršu, bet efektīvu ieskatu par to, kā šķīdumi uzvedas atkarībā no izšķīdušo vielu daļiņu skaita. No iepriekš minētajiem piemēriem mēs varam saprast, kā aprēķināt šķīduma tvaika spiediena pazemināšanos, viršanas temperatūras paaugstināšanos, sasalšanas temperatūras pazemināšanos un osmotisko spiedienu. Cerams, ka šie skaidrojumi un piemēri palīdzēs izprast šķīdumu koligatīvo īpašību koncepciju un to pielietojumu ikdienas dzīvē, rūpnieciskajos procesos un zinātniskajos pētījumos.
