Пример питања и дискусија о смањењу притиска паре раствора
Смањење притиска паре раствора (депресија притиска паре) је колигативно својство раствора, које зависи само од броја растворених честица, а не од хемијске природе тих честица. Ради лакшег разумевања, размотрићемо овај концепт кроз неколико примера и детаљних дискусија.
Основни концепт пада притиска паре
Када се испарљива супстанца раствори у растварачу да би се формирао раствор, притисак паре раствора је обично нижи од притиска паре чистог растварача на истој температури. Ова појава је позната као снижавање притиска паре. Примарни узрок овог процеса је присуство честица растворене супстанце, које смањују вероватноћу преласка молекула растварача у гасну фазу, чиме се смањује притисак паре.
Ово смањење притиска паре може се израчунати помоћу формуле:
\[ \Делта P = P^\текст{0} – P \]
Где:
– \( \Delta P \) је смањење притиска паре.
– \( P^\text{0} \) је напон паре чистог растварача.
– \( P \) је напон паре раствора.
Пад притиска паре може се изразити и помоћу Раулове једначине као:
\[ \Delta P = x_{\text{растворена супстанца}} \cdot P^\text{0} \]
Где:
– \( x_{\text{растворена супстанца}} \) је молски удео растворене супстанце.
За следеће примере, претпоставимо да имамо чисти растварач и различите растворене супстанце под стандардним условима.
Пример питања 1
Питање:
Претпоставимо да имамо раствор који се састоји од 10 грама урее (NH2CONH2) растворене у 90 грама воде. Напон паре чисте воде на одређеној температури је 23.76 mmHg. Израчунајте притисак паре раствора.
пембахасан:
Корак 1: Израчунајте број молова урее и воде.
– Моларна маса урее (NH₂(_2)CONH₂(_2)): 60 г/мол.
– Број молова урее:
\[ \text{mol урее} = \frac{10\text{ g}}{60\text{ g/mol}} = 0.167 \text{ mol} \]
– Моларна маса воде (H₂O): 18 г/мол.
– Број молова воде:
\[ \text{моли воде} = \frac{90\text{ g}}{18\text{ g/mol}} = 5 \text{ mol} \]
Корак 2: Израчунајте молски удео урее.
\[ x_{\text{уреа}} = \frac{\text{мол урее}}{\text{мол урее} + \text{мол воде}} = \frac{0.167}{0.167 + 5} = 0.0326 \]
Корак 3: Израчунајте пад притиска паре.
\[ \Delta P = x_{\text{уреа}} \cdot P^\text{0}_{\text{ваздух}} \]
\[ \Delta P = 0.0326 \cdot 23.76 \text{ mmHg} = 0.774 \text{ mmHg} \]
Корак 4: Израчунајте напон паре раствора.
\[ P_{\text{раствор}} = P^\text{0}_{\text{вода}} – \Delta P \]
\[ P_{\text{раствор}} = 23.76 \text{ mmHg} – 0.774 \text{ mmHg} = 22.986 \text{ mmHg} \]
Пример питања 2
Питање:
Раствор се припрема растварањем 58.5 г натријум хлорида (NaCl) у 200 г воде. Израчунајте смањење напона паре на 50°C где је напон паре чисте воде 92.5 mmHg.
пембахасан:
Корак 1: Израчунајте број молова NaCl и воде.
– Моларна маса NaCl: 58.5 г/мол.
– Број молова NaCl:
\[ \text{mol NaCl} = \frac{58.5\text{ g}}{58.5\text{ g/mol}} = 1 \text{ mol} \]
– Моларна маса воде (H₂O): 18 г/мол.
– Број молова воде:
\[ \text{моли воде} = \frac{200\text{ g}}{18\text{ g/mol}} = 11.11 \text{ mol} \]
Корак 2: Запамтите да потпуна јонизација NaCl производи 2 јона по јединици формуле (Na\(^+\) и Cl\(^-\)).
\[ n_{\text{укупно}} = n_{\text{NaCl}} \cdot 2 = 1 \cdot 2 = 2 \text{ мол јона} \]
Корак 3: Израчунајте молски удео растворене супстанце.
\[ x_{\text{NaCl}} = \frac{n_{\text{укупно}}}{n_{\text{укупно}} + n_{\text{ваздух}}} = \frac{2}{2 + 11.11} = 0.152 \]
Корак 4: Израчунајте пад притиска паре.
\[ \Delta P = x_{\text{NaCl}} \cdot P^\text{0}_{\text{ваздух}} \]
\[ \Delta P = 0.152 \cdot 92.5 \text{ mmHg} = 14.06 \text{ mmHg} \]
Пример питања 3
Питање:
Ако је 20 грама глукозе (C⁶H⁻¹²O) растворено у 150 грама воде, а напон паре чисте воде на 25°C је 23.8 mmHg, израчунајте напон паре раствора.
пембахасан:
Корак 1: Израчунајте број молова глукозе и воде.
– Моларна маса глукозе: 180 г/мол.
– Број молова глукозе:
\[ \text{mol глукозе} = \frac{20\text{ g}}{180\text{ g/mol}} = 0.111 \text{ mol} \]
– Моларна маса воде (H₂O): 18 г/мол.
– Број молова воде:
\[ \text{моли воде} = \frac{150\text{ g}}{18\text{ g/mol}} = 8.33 \text{ mol} \]
Корак 2: Израчунајте молски удео глукозе.
\[ x_{\text{глукоза}} = \frac{\text{мол глукозе}}{\text{мол глукозе} + \text{мол воде}} = \frac{0.111}{0.111 + 8.33} = 0.0132 \]
Корак 3: Израчунајте пад притиска паре.
\[ \Delta P = x_{\text{глукоза}} \cdot P^\text{0}_{\text{вода}} \]
\[ \Delta P = 0.0132 \cdot 23.8 \text{ mmHg} = 0.314 \text{ mmHg} \]
Корак 4: Израчунајте напон паре раствора.
\[ P_{\text{раствор}} = P^\text{0}_{\text{вода}} – \Delta P \]
\[ P_{\text{раствор}} = 23.8 \text{ mmHg} – 0.314 \text{ mmHg} = 23.486 \text{ mmHg} \]
Пенутуп
Из горњих примера можемо видети да се смањење напона паре раствора може лако израчунати ако знамо број молова растворене супстанце и растварача, као и напон паре чистог растварача. Овај концепт има много важних примена, посебно у хемијској и фармацеутској индустрији, где је контрола својстава раствора кључна. Добро разумевање овог концепта такође помаже у даљим проучавањима термодинамичких својстава раствора.
