Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения разбавленных молекулярных растворов

Понижение давления пара над раствором по сравнению с чистым растворителем вызывает понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов. Жидкость замерзает при той температуре, когда давление пара над ней равно давлению пара над ее льдом, а кипит при равенстве давления пара над ней атмосферному давлению. Поскольку давление пара над раствором ниже, чем над растворителем, то, как видно на рис. 7.1 и 7.2, становится равным давлению пара надо льдом при более низкой температуре, а значения атмосферного оно достигает при более высокой температуре.

Изменение температуры замерзания (ДТ_я) — разность температур замерзания растворителя (7'₀) и раствора (Т._{л р}._ра):

Понижение температуры замерзания АТ₃ увеличивается с концентрацией:

где С_м — моляльная концентрация; Е₃ — моляльное понижение температуры замерзания растворителя (криоскопическая постоянная) — понижение температуры замерзания при растворении 1 моль неэлектролита в 1000 г растворителя, этот показатель — справочная величина, которая зависит только от природы растворителя: вода — 1,86; бензол — 5,1; фенол — 7,3; анилин — 5,9 град/ моль растворенного вещества, и не зависит от природы растворенного вещества и его концентрации.

Рис. 7.1. Связь понижения давления пара с понижением температуры замерзания

Рис. 7.2. Связь понижения давления пара с повышением температуры кипения

Зависимость повышения температуры кипения от концентрации описывается следующим образом:

где Д7'_к — повышение температуры кипения; С_т — моляльная концентрация; Е_э — моляльное повышение температуры кипения растворителя (эбуллиоскопическая постоянная) — повышение температуры кипения для раствора, содержащего 1 моль растворенного неэлектролита в 1000 г растворителя. Е_э зависит только от природы растворителя: вода — 0,5; бензол — 1,2; этиловый спирт — 2,1 град/моль растворенного вещества, и не зависит от природы растворенного неэлектролита и его концентрации.

Используя уравнения (7.4), (7.9) и (7.11), можно по изменению температуры замерзания или кипения раствора определить молярную массу вещества. Для этого экспериментально определяют повышение температуры кипения или понижение температуры замерзания раствора. Если известна масса растворенного вещества т₂ и растворителя т_Л то молярную массу растворенного вещества М определяют по уравнению:

где К = Е_э либо К = Е_к.