Kluczowa różnica – właściwości koligatywne elektrolitów i nieelektrolitów
Właściwości koligatywne to właściwości fizyczne roztworu, które zależą od ilości substancji rozpuszczonej, ale nie od charakteru substancji rozpuszczonej. Oznacza to, że podobne ilości zupełnie różnych substancji rozpuszczonych mogą zmieniać te właściwości fizyczne w podobnych ilościach. Stąd właściwości koligatywne zależą od stosunku ilości substancji rozpuszczonej do ilości rozpuszczalnika. Trzy główne właściwości koligatywne to obniżenie ciśnienia pary, podwyższenie temperatury wrzenia i obniżenie temperatury zamarzania. Dla danego stosunku masowego substancja rozpuszczona-rozpuszczalnik, wszystkie właściwości koligatywne są odwrotnie proporcjonalne do masy molowej substancji rozpuszczonej. Elektrolity to substancje, które mogą tworzyć roztwory, które są w stanie przewodzić prąd przez ten roztwór. Takie roztwory są znane jako roztwory elektrolityczne. Nieelektrolity to substancje, które nie są zdolne do tworzenia roztworów elektrolitycznych. Oba te typy (elektrolity i nieelektrolity) mają właściwości koligatywne. Kluczowa różnica między właściwościami koligatywnymi elektrolitów i nieelektrolitów polega na tym, że wpływ elektrolitów na właściwości koligatywne jest bardzo wysoki w porównaniu z właściwościami nieelektrolitowymi.
Jakie są koligacyjne właściwości elektrolitów?
Właściwości koligatywne elektrolitów to właściwości fizyczne roztworów elektrolitycznych, które zależą od ilości substancji rozpuszczonych niezależnie od charakteru substancji rozpuszczonych. Substancje rozpuszczone obecne w roztworach elektrolitycznych to atomy, cząsteczki lub jony, które utraciły lub zyskały elektrony, aby stać się przewodnikami elektrycznymi.
Gdy elektrolit jest rozpuszczony w rozpuszczalniku, takim jak woda, rozdziela się na jony (lub inne substancje przewodzące). Dlatego rozpuszczenie jednego mola elektrolitu zawsze daje dwa lub więcej moli substancji przewodzących. W związku z tym właściwości koligatywne elektrolitów znacznie się zmieniają, gdy elektrolit jest rozpuszczony w rozpuszczalniku.
Na przykład ogólne równanie używane do opisywania zmian temperatury zamarzania i wrzenia jest następujące:
ΔTb=Kbm i ΔTf=Kf m
ΔTb to podwyższenie temperatury wrzenia, a ΔTf to obniżenie temperatury zamarzania. Kb i Kf są odpowiednio stałą wysokością temperatury wrzenia i stałą obniżeniem temperatury zamarzania. m to molarność roztworu. W przypadku roztworów elektrolitycznych powyższe równania są modyfikowane w następujący sposób:
ΔTb=iKbm i ΔTf=iKf m
„i” to mnożnik jonów znany jako współczynnik Van’t Hoffa. Współczynnik ten jest równy liczbie moli jonów podanych przez elektrolit. Dlatego współczynnik Van’t Hoffa można określić, znajdując liczbę jonów uwalnianych przez elektrolit po rozpuszczeniu go w rozpuszczalniku. Na przykład wartość współczynnika Van’t Hoffa dla NaCl wynosi 2, a w CaCl2 wynosi 3.
Rysunek 01: Wykres przedstawiający potencjał chemiczny w funkcji temperatury opisujący obniżenie temperatury zamarzania i podwyższenie temperatury wrzenia
Jednak wartości podane dla tych właściwości koligatywnych różnią się od wartości przewidywanych teoretycznie. Dzieje się tak, ponieważ mogą występować interakcje substancji rozpuszczonych i rozpuszczalników, które zmniejszają wpływ jonów na te właściwości.
Powyższe równania są dalej modyfikowane, aby można je było stosować dla słabych elektrolitów. Słabe elektrolity częściowo dysocjują na jony, stąd część jonów nie wpływa na właściwości koligatywne. Stopień dysocjacji (α) słabego elektrolitu można obliczyć w następujący sposób:
α={(i-1)/(n-1)} x 100
Tutaj n jest maksymalną liczbą jonów utworzonych na cząsteczkę słabego elektrolitu.
Jakie są właściwości koligacyjne nieelektrolitów?
Właściwości koligatywne nieelektrolitów to właściwości fizyczne roztworów nieelektrolitycznych, które zależą od ilości substancji rozpuszczonych niezależnie od charakteru substancji rozpuszczonych. Nieelektrolity to substancje, które po rozpuszczeniu w rozpuszczalniku nie tworzą przewodzących roztworów. Na przykład cukier nie jest elektrolitem, ponieważ po rozpuszczeniu w wodzie istnieje w postaci cząsteczkowej (nie dysocjuje na jony). Te cząsteczki cukru nie są w stanie przewodzić prądu elektrycznego przez roztwór.
Liczba substancji rozpuszczonych obecnych w roztworze nieelektrolitycznym jest mniejsza w porównaniu z roztworem elektrolitycznym. Dlatego też wpływ nieelektrolitów na właściwości koligatywne jest również bardzo niski. Na przykład stopień obniżenia prężności pary przez dodanie NaCl jest wyższy w porównaniu z dodaniem cukru do podobnego roztworu.
Jaka jest różnica między właściwościami koligatywnymi elektrolitów i nieelektrolitów?
Właściwości koligacyjne elektrolitów i nieelektrolitów |
|
| Właściwości koligatywne elektrolitów to właściwości fizyczne roztworów elektrolitycznych, które zależą od ilości substancji rozpuszczonych, niezależnie od charakteru substancji rozpuszczonych. | Właściwości koligatywne nieelektrolitów to właściwości fizyczne roztworów nieelektrolitycznych, które zależą od ilości substancji rozpuszczonych, niezależnie od charakteru substancji rozpuszczonych. |
| Solute | |
| Elektrolity dostarczają więcej substancji rozpuszczonych do roztworu poprzez dysocjację; stąd właściwości koligatywne są znacznie zmienione. | Nonelectrolytes zapewniają niską zawartość substancji rozpuszczonej w roztworze, ponieważ nie ma dysocjacji; stąd właściwości koligatywne nie ulegają znaczącym zmianom. |
| Wpływ na właściwości koligatywne | |
| Wpływ elektrolitów na właściwości koligatywne jest bardzo wysoki w porównaniu z elektrolitami nieelektrolitowymi. | Wpływ nieelektrolitów na właściwości koligatywne jest bardzo niski w porównaniu z elektrolitami. |
Podsumowanie – właściwości koligatywne elektrolitów i nieelektrolitów
Właściwości koligatywne to właściwości fizyczne roztworów, które nie zależą od natury substancji rozpuszczonej, ale od ilości substancji rozpuszczonych. Różnica między właściwościami koligatywnymi elektrolitów i nieelektrolitów polega na tym, że wpływ elektrolitów na właściwości koligatywne jest bardzo wysoki w porównaniu z nieelektrolitami.
