Obniżenie ciśnienia pary

Niektóre właściwości roztworu zależą od rodzaju substancji rozpuszczonej. Wodny roztwór kwasu solnego zmienia kolor papieru pH na czerwony, podczas gdy roztwór wodorotlenku sodu zmienia kolor na niebieski.

Inne właściwości roztworu zależą jedynie od stężenia lub liczby cząstek substancji rozpuszczonej, a nie od rodzaju substancji rozpuszczonej. Są to tak zwane właściwości koligatywne.

Jedną z takich właściwości jest prężność pary roztworu. Prężność pary cieczy to ciśnienie gazu nad cieczą wynikające z parowania, gdy ciecz i gaz znajdują się w dynamicznej równowadze w zamkniętym pojemniku.

Prężność par roztworu jest zawsze mniejsza niż w przypadku czystego rozpuszczalnika.

Rozważmy roztwór, w którym do lotnego rozpuszczalnika dodaje się nielotną substancję rozpuszczoną, czyli taką, która nie ma mierzalnej prężności pary.

W czystym rozpuszczalniku cała powierzchnia cieczy to cząsteczki rozpuszczalnika. Niektóre z tych cząstek uciekają w stan gazowy, aby wytworzyć parę, podczas gdy niektóre cząsteczki gazu powyżej skraplają się z powrotem do stanu ciekłego.

Gdy szybkość parowania jest równa szybkości kondensacji, osiągana jest równowaga dynamiczna.

W roztworze na powierzchni cieczy znajdują się zarówno cząstki substancji rozpuszczonej, jak i rozpuszczalnika. Tak więc mniejsza liczba cząstek rozpuszczalnika na powierzchni może odparować.

Szybkość kondensacji zmniejsza się, aby przywrócić równowagę dynamiczną ze zmniejszoną szybkością parowania, teraz przy niższym stężeniu cząstek rozpuszczalnika w stanie gazowym.

Prężność pary roztworu można obliczyć za pomocą prawa Raoulta, które mówi, że ciśnienie parcjalne roztworu jest równe ułamkowi molowemu rozpuszczalnika X pomnożonemu przez prężność pary czystego rozpuszczalnika Pº.

Na przykład roztwór zawiera 1,5 mola nielotnej substancji rozpuszczonej, takiej jak glicerol, i 3,5 mola wody o temperaturze 25 °C. Ułamek molowy rozpuszczalnika wynosi 0,70, a prężność par czystej wody wynosi 23,8 torr.

Prężność par roztworu można obliczyć za pomocą prawa Raoulta na 16,7 torr, czyli 70% prężności par czystego rozpuszczalnika.

Równanie obniżania prężności pary, ΔP, można również wyprowadzić z prawa Raoulta. Ponieważ ułamek molowy rozpuszczalnika jest równy jeden minus ułamek molowy substancji rozpuszczonej, można go podstawić do prawa Raoulta.

Można to wykorzystać do stworzenia równania, w którym obniżenie ciśnienia pary jest wprost proporcjonalne do ułamka molowego substancji rozpuszczonej.

Przywołując poprzedni przykład, ułamek molowy substancji rozpuszczonej wynosi 1 minus ułamek molowy rozpuszczalnika. Po wprowadzeniu wartości ułamek molowy substancji rozpuszczonej wynosi 0,3.

Biorąc pod uwagę, że prężność pary czystej wody wynosi 23,8 tora, oblicza się, że obniżenie prężności pary wynosi 7,14 tora.

Dodając ΔP i prężność par roztworu, uzyskuje się prężność par czystego rozpuszczalnika