Учебное пособие для студентов 1 курса направления 020100-Химия

Раствор всегда кипит при температуре, которая выше температуры кипения чистого растворителя.

Жидкость закипает тогда, когда давление насыщенного пара над ней и в пузырьках пара внутри жидкости сравняется с внешним давлением. Реально парциальное давление пара будет несколько больше атмосферного, т.к. необходимо совершать работу по созданию новых поверхностей раздела и разрывать большое число межмолекулярных связей.

Введение в кипящую жидкость нелетучего вещества по закону Рауля приводит к уменьшению давления пара растворителя и кипение прекращается. Чтобы снова достигнуть атмосферного давления в пузырьках пара, необходимо дополнительное увеличение температуры. Из рисунка 4 видно, что температура кипения раствора всегда больше, чем температура кипения чистого растворителя, т. к. давление насыщенного пара растворителя достигает значения внешнего давления при более высокой температуре.



Рис. 4 Зависимость давления насыщенного пара растворителя над раствором и чистым растворителем.

Начало кристаллизации жидкости начинается, когда сравниваются давления насыщенных паров над твердой и жидкой фазой. Из рис.4 следует, что для раствора это происходит при более низкой температуре, чем для чистого растворителя.

Второе следствие из закона Рауля:
Раствор начинает замерзать при более низкой температуре, чем чистый растворитель.

Этим свойством растворов широко пользуются дворники для очистки тротуаров ото льда зимой. Если ко льду добавить соль, то образуется раствор, температура замерзания которого ниже температуры окружающей среды, и лед тает.

Чем выше концентрация раствора, тем давление насыщенного пара растворителя над ним будет ниже, и раствор будет закипать при более высоких температурах, а замерзать при более низких. Отсюда:


Второй закон Рауля
Повышение температуры кипения или понижение температуры кристаллизации раствора прямо пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества.


∆t_кип = К_Э·С_m; ∆t_крист = К_К·С_m, (2.1)

где С_m – моляльная концентрация раствора;

К_Э – эбуллиоскопическая константа растворителя;
К_К – криоскопическая константа растворителя.
Моляльная концентрация в уравнениях второго закона Рауля применяется из-за того, что во всех других способах выражения концентраций количество растворителя зависит от количества растворенного вещества, а в моляльной концентрации - фиксированое количество растворителя, а именно 1000 граммов. Так что изменение температур плавления и кипения раствора будет зависеть лишь от количества частиц растворенного в нем вещества.