這就是拉烏爾定律用于稀溶液時的數(shù)學表達式。因為溫度一定時,純水的蒸汽壓P?是一定值,如果溶液中溶劑的量n?不變,此時ΔP和n成正比。所以,如知道溶液的濃度即可用拉烏爾定律計算溶液的蒸汽壓下降。
二、溶液的沸點升高和凝固點下降
1.溶液的沸點上升(Δt沸)。在1個大氣壓下,純水的沸點是100°C,這是因為100°C時水的蒸汽壓為760毫米錄柱,和外界大氣壓相等。當溶質(zhì)為難揮發(fā)性的非電解質(zhì)溶液時,由于其蒸汽壓下降,在100°C時,溶液的蒸汽壓就低于760毫米錄柱,因而溶液也就不能沸胸。要使此溶液沸騰,只有將其加熱到高手100°C的某一溫度。從圖6-7可以看出,只有使溶液的溫度上升至b'時,溶液的蒸汽壓才達到760毫米汞柱,其相應(yīng)的沸點t沸比純水的沸點(100°C)高Δt沸
2.溶液的凝圓點下降(Δt凝)。在1個大氣壓下,水的凝固點是0°C。因為0°C時水和冰能平衡共存,此時水的蒸汽壓和冰的 蒸汽壓相等( 4.6毫米汞柱)。如果是非揮發(fā)性的非電解質(zhì)溶液,在0°C時就不會結(jié)冰。這是由于溶液的蒸汽壓下降,0°C時溶液的燕汽壓必小于4.6毫米汞柱,冰和水就不能共存。由于冰和溶液的蒸汽壓都隨溫度降低而減小,但減小的速率不同,冰的蒸汽壓減小的速率比溶液的快得多,因此當溫度下降到一-定值,冰的蒸汽壓和溶液的蒸汽壓相等時,冰和溶液又能共存,這時的溫度就是溶液的凝固點。所以,溶液的凝固點比純水的低。圖6-7中ab表示冰的蒸汽壓曲線。從圖中可以看出ab線較bb'線陡,這說明冰的蒸汽壓隨溫度降低而減小的速率比溶液的快。在b點,冰和溶液的蒸汽壓相等,其相應(yīng)的溫度就是溶液的凝固點。它比純水 的凝固點a (0°C)低Δt凝。
3. Δt沸和Δt凝的計算。溶液的沸點上升和凝固點下降的程度,取決于溶液的濃度。這是因為溶液的蒸汽壓下降引起了沸點上升和凝固點下降,而蒸汽壓下降又是和溶液的濃度成正比的。根據(jù)拉烏爾的實驗,確立了如下關(guān)系:
難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液的沸點上升值(Δt沸)和凝固點下降值(Δt凝)與溶液的重量克分子濃度(m)成正比,而與溶質(zhì)的本質(zhì)無關(guān)。
Δt沸=K沸m
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在生產(chǎn)中,常利用某些溶液凝固點下降這一性質(zhì),例如冬天在汽車散熱水箱中加入乙二醇以防止結(jié)冰。
三、溶液的滲透壓
滲透現(xiàn)象在自然界中廣泛存在,如人在淡水中游泳時睜開限睛時間長了,便有脹痛的感覺。這就是由于水滲入眼球,使眼球細胞膨脹了的緣故。植物之所以能夠吸收土壤中的水分和養(yǎng)料,雖然原因很多,但主要是靠滲透作用。在這里我們著重介紹滲透原理及其在水處理方面的應(yīng)用。
1.滲透現(xiàn)象。為了說明滲透現(xiàn)象,需先了解擴散現(xiàn)象。在日常生活中可看到一杯水中滴入幾滴墨水,墨水會逐漸向四周散開,經(jīng)過一段時間后,基水就會均勻地分布到整個溶液里,這種現(xiàn)象稱為擴散。顯然擴散是由于溶質(zhì)和溶劑都在運動所致。
什么是滲透呢?可以通過一個簡單的實驗來說明,裝置如圖6-9。在大燒杯內(nèi)放一個倒置的長頸漏斗,漏斗口用半透膜扎緊。在燒杯里裝入純水,而在長頸漏斗中裝入蔗糖水,并使燒杯里與管子里的液面相平。經(jīng)過一段時間后,便可看到管子里的糖水液面慢慢上升,這就說明水透過半透膜進入溶液,使溶液的液面上升。這種只有水單方面透過半透膜的現(xiàn)象叫滲透。
為什么會發(fā)生滲透現(xiàn)象呢?這是由于在與半透膜內(nèi)外表面接觸的液體中,單位體積內(nèi)水分子數(shù)不同而引起的。顯然在上述實驗中,由于蔗糖分子占有了一部分體積,其中水分子數(shù)相對地比純水的少。因為水分子能自由地透過半透膜,而蔗糖分子不能透過,所以在單位時間內(nèi),膜兩側(cè)透過的水分子數(shù)不相等,從純水一側(cè)透過的水分子數(shù)多于蔗糖水一側(cè)的,結(jié)果使蔗糖溶液液面逐漸上升,純水液面逐漸下降,產(chǎn)生了滲透現(xiàn)象。
若將較稀的蔗糖溶液代替純水,水同樣會從稀溶液一側(cè)通過 半透膜向濃度較高的一側(cè)滲透。 總之,只要半透膜兩側(cè)的溶液存在著濃度差,就會產(chǎn)生滲透現(xiàn)象。
2.滲透壓。在上述實驗中,隨著滲透的進行,漏斗頸中液面不斷上升,產(chǎn)生的靜水壓越來越大,迫使蔗糖水中的水分子向純水中滲透速率加快,并使純水中的水分子滲透速率減慢,當液柱高度達到一定值時,半透膜兩側(cè)水分子滲透的速度相等,達到動態(tài)平衡。此時,從表面上看,蔗糖溶液的液柱不再升高,滲透作用已不再進行。這個阻止?jié)B透作用繼續(xù)進行的壓力,叫做該溶液的滲透壓。漏斗頸中的液面與燒杯中純水液面之間的距離“h”,即可作為滲透壓的量度,一般“h”以厘米水柱(實際上是溶液柱)表示。也可以在蔗糖溶液面上加一壓力,阻止?jié)B透進行,使蔗糖溶液面與純水液面保持相平,此壓力即溶液的滲透壓。溶液的濃度愈大,其滲透壓也愈大。