Definition und Beispiele kolligativer Eigenschaften

Kolligative Eigenschaften sind Eigenschaften von Lösungen das hängt von der Anzahl der Partikel in a ab Volumen von Lösungsmittel (die Konzentration) und nicht auf die Masse oder Identität der gelöst Partikel. Kolligative Eigenschaften werden auch von der Temperatur beeinflusst. Die Berechnung der Eigenschaften funktioniert nur für ideale Lösungen einwandfrei. In der Praxis bedeutet dies, dass die Gleichungen für kolligative Eigenschaften nur angewendet werden sollten, um reale Lösungen zu verdünnen, wenn ein nichtflüchtiger gelöster Stoff in einem flüchtigen flüssigen Lösungsmittel gelöst ist. Für jedes gegebene Massenverhältnis von gelöstem Stoff zu Lösungsmittel ist jede kolligative Eigenschaft umgekehrt proportional zur Molmasse des gelösten Stoffes. Das Wort "kolligativ" kommt vom lateinischen Wort colligatus, was "zusammengebunden" bedeutet und sich darauf bezieht, wie die Eigenschaften eines Lösungsmittels an die Konzentration des gelösten Stoffes in einer Lösung gebunden sind.

Wenn ein gelöster Stoff zu einem Lösungsmittel gegeben wird, um eine Lösung herzustellen, verdrängen die gelösten Teilchen einen Teil des Lösungsmittels in der flüssigen Phase. Dies verringert die Konzentration des Lösungsmittels pro Volumeneinheit. In einer verdünnten Lösung spielt es keine Rolle, was die Partikel sind, wie viele von ihnen vorhanden sind. So löst man beispielsweise CaCl auf₂ vollständig würde drei Teilchen ergeben (ein Calciumion und zwei Chloridionen), während das Auflösen von NaCl nur zwei Teilchen (ein Natriumion und ein Chloridion) erzeugen würde. Das Calciumchlorid hätte einen größeren Einfluss auf die kolligativen Eigenschaften als das Tafelsalz. Aus diesem Grund ist Calciumchlorid bei niedrigeren Temperaturen ein wirksameres Enteisungsmittel als gewöhnliches Salz.

Beispiele für kolligative Eigenschaften umfassen Dampfdruck Senkung, Gefrierpunkterniedrigung, osmotischer Druck, und Siedepunkterhöhung. Wenn Sie beispielsweise einer Tasse Wasser eine Prise Salz hinzufügen, gefriert das Wasser bei einer niedrigeren Temperatur als dieser Normalerweise würde bei einer höheren Temperatur kochen, einen niedrigeren Dampfdruck haben und seinen osmotischen Druck ändern. Während kolligative Eigenschaften im Allgemeinen für nichtflüchtige gelöste Stoffe berücksichtigt werden, gilt der Effekt auch für flüchtige gelöste Stoffe (obwohl es möglicherweise schwieriger zu berechnen ist). Zum BeispielDurch Zugabe von Alkohol (einer flüchtigen Flüssigkeit) zu Wasser wird der Gefrierpunkt unter den normalerweise für reinen Alkohol oder reines Wasser üblichen Wert gesenkt. Aus diesem Grund neigen alkoholische Getränke dazu, dies nicht zu tun einfrieren in einem Gefrierschrank zu Hause.

Die Gefrierpunkterniedrigung kann aus der folgenden Gleichung berechnet werden:

ΔT = iK_fm
wo
ΔT = Temperaturänderung in ° C.
i = van 't Hoff-Faktor
K._f = molare Gefrierpunkterniedrigungskonstante oder kryoskopische Konstante in ° C kg / mol
m = Molalität des gelösten Stoffes in mol gelöstem Stoff / kg Lösungsmittel

Die Siedepunkterhöhung kann aus der folgenden Gleichung berechnet werden:

ΔT = K._bm

wo
K._b = ebullioskopische Konstante (0,52 ° C kg / mol für Wasser)
m = Molalität des gelösten Stoffes in mol gelöstem Stoff / kg Lösungsmittel

Wilhelm Ostwald führte 1891 das Konzept der kolligativen Eigenschaften ein. Er schlug tatsächlich drei Kategorien von Eigenschaften gelöster Stoffe vor:

1. Die kolligativen Eigenschaften hängen nur von der Konzentration und Temperatur des gelösten Stoffes ab, nicht von der Art der gelösten Partikel.
2. Die konstitutionellen Eigenschaften hängen von der Molekülstruktur der gelösten Partikel in einer Lösung ab.
3. Additive Eigenschaften sind die Summe aller Eigenschaften der Partikel. Die additiven Eigenschaften hängen von der Summenformel des gelösten Stoffes ab. Ein Beispiel für eine additive Eigenschaft ist Masse.