12.12: 电解质： 范特霍夫因子（van't Hoff Factor）

电解质的依数性

溶液的依数性仅取决于溶质物种溶解的编号，而不是身份。 各种依数性 (凝固点降低，沸点升高，渗透压) 等式中的浓度术语与溶液中的所有溶质物种相关。 非电解质物理溶解，不带离解或任何其他随附过程。 每个溶解的分子产生一个溶解的溶质分子。 但是，电解质的溶解并不简单，如下两个常见示例所示：

考虑到这些示例中的第一个，假设是完全解离， 1.0 m 水溶液 of NaCl 每千克水中含有 2.0 摩尔离子 (1.0 摩尔纳 + 和 1.0 摩尔 CL−) ，预计其凝固点降低将为

但是，当实际准备好此溶液并测量其凝固点降低时，将获得 3.4 °C 的值。 观察到其他离子化合物也存在类似差异，随着溶质浓度的增加，测得的和预期的同形成属性值之间的差异通常会变得更加显著。 这些观察表明，氯化钠 (和其他强电解质) 的离子在溶液中没有完全分离。

为了对此进行解释并避免假设完全解离时出现错误，使用了一个名为以纪念诺贝尔化学家 雅各布斯·亨里克斯·范特霍夫（Jacobus Henricus van't Hoff） 的实验测量参数。 范特霍夫因子（van't Hoff Factor） (i) 定义为溶液中的溶质粒子与公式单位数溶解的比率：

1923 年，化学家 彼得·德拜（Peter Debye） 和 埃里希·休克尔（Erich Hückel） 提出了一种理论来解释强电解质明显不完整的电离。 他们指出，尽管水溶液中的离子离子吸引力通过离子溶化和极溶剂的绝缘作用而大大降低，但它并未完全失效。 残留吸引力可防止离子表现为完全独立的粒子。 在某些情况下，正负离子实际上可能会接触，从而产生一个称为离子对的溶剂化单元。 因此，任何特定类型的离子的活性或有效浓度都小于实际浓度所示的活性或有效浓度。 随着溶液变稀，残留离子离子吸引力变少，离子分离越来越广泛。 因此，在极为稀疏的溶液中，离子 (其活性) 的有效浓度基本上等于实际浓度。 对于 0.05 米溶液， NaCl 的 I 值为 1.9 ，而理想值为 2。

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第 11.4 节：依数性。

溶液的依数性质 取决于溶解溶质粒子的实际数量。对于非电解质，每个溶质分子溶解后 都会产生一个溶解了的溶质分子。但是，离子型电解质（例如氯化钠）在溶解时会分解成离子，而氨气（一种共价电解质）则与水反应，从而在溶液中 释放出铵离子和氢氧根离子。因此，对于电解质，每个溶质分子溶解时 都会产生一个以上溶解了的溶质颗粒。因此，1 摩尔的非电解质溶液 例如葡萄糖）在 1 升溶液中将有 1 摩尔的葡萄糖分子，而 1 摩尔的 电解质溶液（例如氯化钾）将解离成近 1 摩尔钾离子 和 1 摩尔氯离子，1 升溶液中 总共 2 摩尔离子。由于溶质颗粒数量增加一倍，1 摩尔氯化钾溶液的渗透压 将是 1 摩尔葡萄糖溶液的渗透压的两倍。溶液中溶解溶质形成的颗粒摩尔数 与配制溶液时添加的 溶质摩尔数之比 称为范特霍夫因子，用 i 表示。它的计算方法是用依数性质的测量值 除以由公式 计算出的值。考虑以下氯化钾溶液的 凝固点降低。通过将氯化钾的范特霍夫因子 乘以重量摩尔凝固点降低常数 和溶质的重量摩尔浓度，可计算出凝固点降低 ΔTf。如果 i 为 2，且水的凝固点降低常数 为 1.86°C/m，则 0.100 m 的氯化钾溶液的 凝固点降低为 0.372°C。但是，对于 0.100 m 的氯化钾溶液，测得的凝固点降低为 0.344°C。这种差异的存在是因为当电解质在溶液中 分解成离子时，一些阳离子和阴离子 会重新结合。这种现象称为离子配对。具有高电荷离子的强电解质，例如氯化铁 和硫酸镁，可以形成强静电相互作用，因此更容易形成离子对。对于弱电解质，如氢氧化铵，不完全分解成离子。因此，对于强电解质和弱电解质，范特霍夫因子均小于预期。