这个是稀溶液的依数性:稀溶液与纯溶剂相比某些物理性质会有所变化如蒸气压下降(纯溶液的蒸汽压是随着温度的上升而增加的,稀溶液也是如此,但其蒸汽压总是低于纯溶液的)、凝固点降低、沸点升升高和渗透压。
稀溶液中溶剂的蒸气压下降、凝固点降低、沸点升高和渗透压的数值,只与溶液中溶质的量有关,与溶质的本性无关,故称这些性质为稀溶液的依数性。
raoult定理:在非电解质非挥发性的稀溶液中,溶液蒸汽压得相对降低值是正比于溶液的浓度的。
溶液的沸点升高和凝固点下降
沸点是指液体(纯液体或溶液)的蒸气压与外界压力相等时的温度。如果未指明外界压力,可认为外界压力为101.325 kPa。对于难挥发溶质的溶液,由于蒸气压下降,要使溶液蒸气压达到外界压力,就得使其温度超过纯溶剂的沸点,所以这类溶液的沸点总是比纯溶剂的沸点高(示意图),这种现象称为溶液的沸点升高,溶液浓度越大,沸点升高越多。
凝固点是物质的液相和固相建立平衡的温度。达到凝固点时,液、固两相的蒸气压必定相等,否则两相不能共存。因此凝固点实质是物质固、液、气三相共存时的温度。纯水的凝固点为273.16 K(0.009 9℃),这时水和冰的蒸气压均为610.6 Pa(4.58 mm Hg)。溶液凝固点是指从溶液中开始析出溶剂晶体时的温度。这时体系是由溶液(液相)溶剂固相和溶剂气相所组成。对于水溶液,溶剂固相即纯冰。由于溶液蒸气压下降,当273.16 K时,冰的蒸气压仍为610.6 Pa,而溶液蒸气压必然低于610.6 Pa,这样,溶液和冰就不能共存,只有在273.15 K以下的某个温度时,溶液蒸气压才能和冰的蒸气压相等,这时的温度才是溶液的凝固点,所以溶液的凝固点总是比纯溶剂的低(示意图),这种现象称为凝固点下降。溶液浓度越大,蒸气压下降越多,凝固点下降也越多。在同一溶液中,随着溶剂不断结晶析出,溶液浓度将不断增大,凝固点也将不断下降。
从上面讨论可以得出,溶液沸点升高和凝固点下降都是由于溶液蒸气压下降引起的。对于难挥发非电解质的稀溶液,既然蒸气压下降Dp和溶液的质量摩尔浓度mB成正比,这类溶液的沸点升高和凝固点下降也应和质量摩尔浓度有联系。Raoult根据依数性指出:对于难挥发非电解质的稀溶液,沸点升高DTb或凝固点下降DTf都和溶液质量摩尔浓度成正比,即:
DTb=Tb-Tb°=KbmB
DTf=Tf°-Tf=KfmB
式中:Tb和Tf分别为溶液的沸点和凝固点;Tb°和Tf°分别为纯溶剂的沸点和凝固点;Kb和Kf分别为溶剂的沸点升高常数和凝固点下降常数,Kb和Kf由溶剂的本性决定而与溶质的种类无关。
溶液沸点升高和凝固点下降有许多重要的应用。例如钢铁工件进行氧化热处理就是应用沸点升高原理。用每升含550~650 g NaOH和100~150 g NaNO2的处理液,其沸点高达410~420 K。利用凝固点下降原理,将食盐和冰(或雪)混合,可以使温度降低到251 K。氯化钙与冰(或雪)混合,可以使温度降低到218 K。体系温度降低的原因是:当食盐或氯化钙与冰(或雪)接触时,在食盐或氯化钙的表面形成极浓的盐溶液,而这些浓盐溶液的蒸气压比冰(或雪)的蒸气压低得多,冰(或雪)则以升华或熔化的形式进入盐溶液。进行上述过程都要吸收大量的热,从而使体系的温度降低。利用这一原理,可以自制冷冻剂。冬天在室外施工,建筑工人在砂浆中加入食盐或氯化钙;汽车驾驶员在散热水箱中加入乙二醇等等,也是利用这一原理,防止砂浆和散热水箱结冰。
这个问题归根结底是由于溶液的蒸汽压下降了。蒸汽压下降是由于溶剂中加入溶质后,溶液的部分表面被溶质分子占据,在相同条件下,从溶液表面蒸发出去的溶剂分子书目相应减少,因此蒸汽压下降。 沸点上升:由于容积的蒸汽压小于纯水,故一百度时,溶液不能沸腾。欲使溶液沸腾,必须升高温度,知道溶液的蒸汽压正好等于外界压力,溶液才能沸腾,所以沸点升高。 凝固点下降:由于溶液的蒸汽压下降,而固体并的蒸汽压仍维持不变,所以在100度时,溶液的蒸汽压小于冰的蒸汽压,溶液与病不能共存,此时,冰要产生融化。并的融化为吸热过程,体系温度降低,冰和溶液的蒸汽也都随之下降。但冰的蒸汽压下降的速率大于溶液的蒸汽压下降速率,某一温度时,冰和溶液的蒸汽压再次达到相等,两相平衡共存,此时的温度即溶液的凝固点要低于纯溶剂的凝固点。
如果溶质是难挥发性的物质,加入之后,溶液的饱和蒸气压减小了,要使其等于外界大气压,就需更高的温度,这就是我们所说的沸点升高了。对于凝固点下降可以这么理解,当液相饱和蒸气压降低到等于固相饱和蒸气压时,而溶液蒸气压降到这个值时只需降低更小的值。