9.1 Сұйытылған ерітінділердің қайнау-қату температуралары
9.2 Раульдің екінші заңы
9.3 Криоскопия және эбулоскопия әдістердің қолданылуы
Ерітінділердің қату және қайнау температуралары оның үстіндегі қаныққан бу қысымына байланысты болады.Ерітінділер таза еріткішке қарағанда төмен температурада қатады және жоғары температурада қайнайды.ерітінділердің қату және қайнау процестерін француз ғалымы Рауль бөге-шегесіне зерттеп, 1822 жылы Раульдің екінші заңы деп аталған заңдылықты ашты.
Ерітінділердің қату температурасының төмендеуі немесе қайнау температурасының жоғарылауы оның моляльдық концентрациясына тура пропорционал болады.
ΔΤ қату =K·m (4)
Мұндағы ΔΤ – қату температурасының төмендеуі, m = 1000 n/w- молялдық концентрация, n – еріген заттың моль саны, w – еріткіштің массасы, K- криоскопиялық тұрақты деп аталатын коэффициент. (грекше криос-суық деген сөз).
Криоскопиялық тұрақты – тұрақты шама болып табылады.
m=1 болса, ΔΤ=K. Криоскопиялық тұрақты еріген зат және еріткіштің табиғатына байланысты болмайды. Еріткіш
К Н2О 1,86
С6Н6 5,12
СН3СООН 3,90
Криоскопиялық константамен эбулоскопиялық деп атауға болады.(латынша эбулио – қайнау). Е – эбулоскопиялық константа. Ол тек белгілі еріткішке ғана тән және 1 моль бейэлектролитті 1 кг еріткіште еріткенде қайнау температурасы қанша градусқа көтерілетінін көрсететін шама.
Зат Е
Н2О 0,516
С6Н6 2,57
Анилин 3,69
Этил спирті 1,16
Сірке қышқылы 3,10
Қайнау температурасы жоғарылауының математикалық өренгі 4-теңдеуге ұқсас болады. Тек мұнда криоскопиялық константаның орнында эбулоскопиялық константа болады.
ΔΤ қайнау =Е·m (5)
Ерітінділердің қату температурасын өлшеуге негізделген әдістерді криоскопиялық әдістер, ал қайнау температурасының жоғарылауына негізделген әдістерді эбулоскопиялық әдістер деп атайды. Ерітділердің қату және қайнау температурасын есептеуге Бекманның диференциялық термометр қолданылады. Бұл термометрдің 5-60С- қа бөлінген шкаласы бар.
Әрбір градус өз кезегінде градустың 10-нан 100-ден бір бөлегіне бөлінген. Сондықтан лупаның көмегімен 0,002 К-ге дейінгі дәлдікпен есептеулер жүргізуге болады. Бұл термометрдің ерекшелігі копиляр түтіктің жоғарғы жағында сынап құйылған қосымша резервуар болады. ΔΤ- анықтағанда алдымен таза еріткіштің қайнау (қату) температурасын, есептеп, одан кейін ерітінділердің қайнау (қату) температурасын өлшейді. Екеуінің айырмашылығы ΔΤ-ны құрайды. Криоскопиялық әдісте көп жағдайда заттардың молекулалық массасын анықтау үшін қолданылады. Раульдің екінші заңынан
ΔT=K·1000·n/W (6)
Мұндағы К-судың криоскопиялық константасы, n – еріген заттың моль саны, w-еріткіштің массасы.
n=m/M
Бұдан M=K·1000·n/WΔT
Мысалы қанттың ерітіндісінде 25 10-3кг суда 17 10-5кг қант еріген болса,ол 273,123 К температурада қатады.
М=1,86·1000·17·10-5 кг /25 10-3·0,037 ⋲342
Концентрлі қант ерітіндісіне су тамызсақ, судың молекулалары қант ерітіндісіне өтіп, қант молекулалары суға өтіп, хаостық жылулық қозғалыс әсерінен қант концентрациясы ерітіндінің бүкіл көлемінде бірдей болады.
Газдарда сұйықтарда, қатты денелерде, молекула,атом, иондардың тәртіпсіз жылулық қозғалысы салдарынан нәтижесінде тепе-теңдік күйі орнайтын заттардың өздігінен тасымалдану процесі диффузия деп аталады.
Бөлшектердің диффузиясы жоғары концентрация облысынан төмен концентрациясы облысы бағытында жүреді. Диффузияның сандық түрде өрнектесе болады. Мысалы, ыдыс түбінен Х1- қашықтықта еріген заттың концентрациясы С1, ал Х2 қашықтықта С2 болсын. Шарт бойынша С1>С2, ал Х2 үлкен болады. Себебі ерітінді ыдыс түбінде концентрлі болады. Бұл жағдайда концентрация граденті, яғни қашықтық бірлігіне келетін концентрацияның өзгерісін былай өрнектейміз.
С2 –С1/Х2 –Х1 = -ΔC/ΔX; (1)
таңбасы С1>С2 болғандықтан болады.
Фик заңы бойынша екі шетіндегі концентрациясы С1 және С2 түтіктің ойша ауданы S бойынша t уақыт аралығында өтетін еріген зат мөлшері m мынаған тең:
m = -DS·ΔC/ΔX·t (2)
Мұндағы Д-диффузия коэффициенті, оның мәнін табуды А.Эйнштейн ұсынған.
D = RT/N0·1 / 6πηr ; (3)
R – универсал газ тұрақтысы,T – термодинамикалық температура, N0 – Авогадро тұрақтысы, η – ерітіндінің тұтқырлығы, r – диффузияланатын бөлшектердің радиусы.
2-3 – формуланы біріктірсек,
m = -RT/N0·S·/ 6πηr·ΔC / ΔX·t (4)
Теңдіктің екі жағында ·t – уақытқа бөлсек, мынадай формула шығады:
m/t =-RT/N0··S/6πηr·ΔC/X ; (5)
m/t –диффузия жылдамдығы.
5-теңдеуден көріп тұрғанымыздай диффузия жылдамдығы температура мен концентрация градиенті өскенде артады, ортаның тұтқырлығы мен бөлшектер радиусы өскенде кемейеді.
Егер де таза еріткіш пен ерітіндінің арасына немесе концентрациясы әр түрлі жартылай өткізгіш мембрананы қойсақта диффузия жүреді. Жартылай өткізгіш мембрана тек еріткіш молекуладан өткізіп, еріген зат молекуласын өткізбейді (мысалы,клетка қабықшасы, ішек қабырғасы, целофан, пергамент).
Жартылай өткізгіш мембрана арқылы төмен концентрациялы ерітіндіден жоғары ерітіндіге еріткіш молекулаларының біржақты өздігінен жүретін диффузиясы осмос деп аталады. Осмос процесі өте күрделі және оның табиғаты осы күнге дейін жеткілікті зерттелмеген, осмос құбылысын арнаулы аспаптарда осмометрлерде бақылауға болады. Осмосты тоқтату үшін ерітіндіге таңуға қажетті гидростатикалық қысымды осмос қысымы деп атайды.Осмос қысымы Па немесе Ньютон 1м2 пен өлшенеді.осмостық қысым ерітіндіде еріген зат болғандықтан, еріткіштің химиялық потенциалы төмендеуіне байланысты болады. Барлық жүйелер өзінің бүкіл көлемінің барлық бөліктерінде химиялық потенциалдарын теңестіріп, бос энергияның төмен мәнді күйіне өтуге ұмтылады. Осмос қысымы бірінші кезекте ерітіндінің концентрациясына байланысты болады. 40 г/л қант ерітіндісінің бөлме температурасындағы осмостық қысымы 0,3 мПа, ал 530 г/л қант ерітіндісініңкі 10 мПа.