Exemple de întrebări și discuții despre scăderea presiunii de vapori a soluțiilor
Scăderea presiunii de vapori a unei soluții (depresia presiunii de vapori) este o proprietate coligativă a soluțiilor, care depinde doar de numărul de particule dizolvate și nu de natura chimică a acelor particule. Pentru a facilita înțelegerea, vom discuta acest concept prin intermediul mai multor exemple și discuții detaliate.
Conceptul de bază al căderii presiunii de vapori
Când o substanță volatilă este dizolvată într-un solvent pentru a forma o soluție, presiunea de vapori a soluției este de obicei mai mică decât presiunea de vapori a solventului pur la aceeași temperatură. Acest fenomen este cunoscut sub numele de scăderea presiunii de vapori. Cauza principală a acestui proces este prezența particulelor de substanță dizolvată, care reduc probabilitatea ca moleculele de solvent să treacă în faza gazoasă, scăzând astfel presiunea de vapori.
Această scădere a presiunii de vapori poate fi calculată folosind formula:
\[ ΔP = P^\text{0} – P \]
Di mana:
– \( \Delta P \) este scăderea presiunii de vapori.
– \( P^\text{0} \) este presiunea de vapori a solventului pur.
– \(P\) este presiunea de vapori a soluției.
Căderea presiunii de vapori poate fi exprimată și folosind ecuația lui Raoult, astfel:
\[ ΔP = x_{\text{solut}} \cdot P^\text{0} \]
Di mana:
– \( x_{\text{solut}} \) este fracția molară a substanței dizolvate.
Pentru exemplele următoare, să presupunem că avem un solvent pur și diverse substanțe dizolvate în condiții standard.
Exemplu Întrebare 1
Întrebare:
Să presupunem că avem o soluție constând din 10 grame de uree (NH2CONH2) dizolvată în 90 de grame de apă. Presiunea de vapori a apei pure la o anumită temperatură este de 23.76 mmHg. Calculați presiunea de vapori a soluției.
Pembahasan:
Pasul 1: Calculați numărul de moli de uree și apă.
– Masa molară a ureei (NH\(_2\)CONH\(_2\)): 60 g/mol.
– Numărul de moli de uree:
\[ \text{mol uree} = \frac{10\text{ g}}{60\text{ g/mol}} = 0.167 \text{ mol} \]
– Masa molară a apei (H\(_2\)O): 18 g/mol.
– Numărul de moli de apă:
\[ \text{moli de apă} = \frac{90\text{ g}}{18\text{ g/mol}} = 5 \text{ mol} \]
Pasul 2: Calculați fracția molară de uree.
\[ x_{\text{uree}} = \frac{\text{mol uree}}{\text{mol uree} + \text{mol apă}} = \frac{0.167}{0.167 + 5} = 0.0326 \]
Pasul 3: Calculați căderea presiunii de vapori.
\[ ΔP = x_{\text{uree}} \cdot P^\text{0}_{\text{aer}} \]
ΔP = 0.0326 ± 23.76 mmHg = 0.774 mmHg
Pasul 4: Calculați presiunea de vapori a soluției.
\[ P_{\text{soluție}} = P^\text{0}_{\text{apă}} – ΔP \]
P_{\text{soluție}} = 23.76 \text{ mmHg} – 0.774 \text{ mmHg} = 22.986 \text{ mmHg}
Exemplu Întrebare 2
Întrebare:
O soluție se prepară prin dizolvarea a 58.5 g de clorură de sodiu (NaCl) în 200 g de apă. Calculați scăderea presiunii de vapori la 50°C, unde presiunea de vapori a apei pure este de 92.5 mmHg.
Pembahasan:
Pasul 1: Calculați numărul de moli de NaCl și apă.
– Masa molară a NaCl: 58.5 g/mol.
– Numărul de moli de NaCl:
\[ \text{mol NaCl} = \frac{58.5 \text{ g}}{58.5 \text{ g/mol}} = 1 \text{ mol} \]
– Masa molară a apei (H\(_2\)O): 18 g/mol.
– Numărul de moli de apă:
\[ \text{moli de apă} = \frac{200\text{ g}}{18\text{ g/mol}} = 11.11 \text{ mol} \]
Pasul 2: Rețineți că ionizarea completă a NaCl produce 2 ioni per unitate de formulă (Na\(^+\) și Cl\(^-\)).
\[ n_{\text{total}} = n_{\text{NaCl}} \cdot² = 1 \cdot² = 2 \text{ ioni mol} \]
Pasul 3: Calculați fracția molară a substanței dizolvate.
\[ x_{\text{NaCl}} = \frac{n_{\text{total}}}{n_{\text{total}} + n_{\text{aer}}} = \frac{2}{2 + 11.11} = 0.152 \]
Pasul 4: Calculați căderea presiunii de vapori.
\[ ΔP = x_{\text{NaCl}} \cdot P^\text{0}_{\text{aer}} \]
ΔP = 0.152 ± 92.5 mmHg = 14.06 mmHg
Exemplu Întrebare 3
Întrebare:
Dacă 20 de grame de glucoză (C\(_6\)H\(_{12}\)O\(_6\)) sunt dizolvate în 150 de grame de apă, iar presiunea de vapori a apei pure la 25°C este de 23.8 mmHg, calculați presiunea de vapori a soluției.
Pembahasan:
Pasul 1: Calculați numărul de moli de glucoză și apă.
– Masa molară a glucozei: 180 g/mol.
– Numărul de moli de glucoză:
\[ \text{mol glucoză} = \frac{20\text{ g}}{180\text{ g/mol}} = 0.111 \text{ mol} \]
– Masa molară a apei (H\(_2\)O): 18 g/mol.
– Numărul de moli de apă:
\[ \text{moli de apă} = \frac{150\text{ g}}{18\text{ g/mol}} = 8.33 \text{ mol} \]
Pasul 2: Calculați fracția molară de glucoză.
\[ x_{\text{glucoză}} = \frac{\text{mol glucoză}}{\text{mol glucoză} + \text{mol apă}} = \frac{0.111}{0.111 + 8.33} = 0.0132 \]
Pasul 3: Calculați căderea presiunii de vapori.
\[ ΔP = x_{\text{glucoză}} \cdot P^\text{0}_{\text{apă}} \]
ΔP = 0.0132 ± 23.8 mmHg = 0.314 mmHg
Pasul 4: Calculați presiunea de vapori a soluției.
\[ P_{\text{soluție}} = P^\text{0}_{\text{apă}} – ΔP \]
P_{\text{soluție}} = 23.8 \text{ mmHg} – 0.314 \text{ mmHg} = 23.486 \text{ mmHg}
Închidere
Din exemplele de mai sus, putem observa că scăderea presiunii de vapori a unei soluții poate fi calculată cu ușurință dacă cunoaștem numărul de moli de substanță dizolvată și solvent, precum și presiunea de vapori a solventului pur. Acest concept are multe aplicații importante, în special în industria chimică și farmaceutică, unde controlul proprietăților soluției este crucial. O bună înțelegere a acestui concept ajută, de asemenea, în studii ulterioare ale proprietăților termodinamice ale soluțiilor.
