蒸気圧の低下

溶液の一部のプロパティは、溶質の種類によって異なります。塩酸の水溶液はpH紙を赤くし、水酸化ナトリウム溶液はそれを青く変えます。

溶液の他の特性は、溶質の種類ではなく、溶質の濃度または粒子の数にのみ依存します。これらはコリガティブプロパティと呼ばれます。

そのような特性の1つは、溶液の蒸気圧です。液体の蒸気圧は、液体と気体が密閉容器内で動的平衡状態にあるときに蒸発することによって生じる、液体より上の気体の圧力です。

溶液の蒸気圧は、常に純粋な溶媒の蒸気圧よりも低くなります。

不揮発性溶質、つまり測定可能な蒸気圧のない溶質を揮発性溶媒に添加したときに作られる溶液を考えてみましょう。

純粋な溶媒では、液体の表面全体が溶媒粒子です。これらの粒子の一部は気体状態に逃げて蒸気を生成しますが、上のガス分子の一部は凝縮して液体状態に戻ります。

気化速度が凝縮速度と等しくなると、動的平衡に達します。

溶液中では、液体表面には溶質粒子と溶媒粒子の両方があります。そのため、気化できる表面溶媒粒子の数が少なくて済みます。

凝縮速度は減少して動的平衡を再確立し、気化速度が低下し、気体状態の溶媒粒子の濃度が低下します。

溶液の蒸気圧は、溶液の分圧が溶媒のモル分率Xに純粋な溶媒の蒸気圧P°Cを掛けたものに等しいというラウルトの法則によって計算できます。

たとえば、溶液には、25°Cで1.5 molのグリセロールなどの不揮発性溶質と3.5 molの水が含まれています。溶媒のモル分率は0.70で、純水の蒸気圧は23.8 torrです。

溶液の蒸気圧は、ラウルトの法則を使用して、純粋な溶媒の蒸気圧の70%である16.7 torrであると計算できます。

蒸気圧低下の方程式ΔPもラウルトの法則から導くことができます。溶媒のモル分率は溶質のモル分率を引いたものに等しいため、ラウルトの法則に置き換えることができます。

これを使用して、蒸気圧の低下が溶質のモル分率に正比例する方程式を作成できます。

前の例を思い出すと、溶質のモル分率は1から溶媒のモル分率を引いた値です。値を差し込むと、溶質のモル分率は0.3です。

純水の蒸気圧が23.8 torrであることを考えると、蒸気圧の低下は7.14 torrと計算されます。

ΔPと溶液の蒸気圧を添加すると、純粋な溶媒の蒸気圧が得られます