Obniżenie prężności pary

Równowagowa prężność pary cieczy to ciśnienie wywierane przez jej fazę gazową, gdy parowanie i kondensacja zachodzą z jednakową szybkością:

Rozpuszczanie substancji nielotnej w lotnej cieczy powoduje obniżenie prężności par cieczy. Zjawisko to można wyjaśnić, biorąc pod uwagę wpływ dodanych cząsteczek substancji rozpuszczonej na procesy parowania i kondensacji cieczy. Aby odparować, cząsteczki rozpuszczalnika muszą być obecne na powierzchni roztworu. Obecność substancji rozpuszczonej zmniejsza powierzchnię dostępną dla cząsteczek rozpuszczalnika, a tym samym zmniejsza szybkość parowania rozpuszczalnika. Ponieważ na szybkość kondensacji nie ma wpływu obecność substancji rozpuszczonej, wynik netto jest taki, że równowaga parowania-kondensacji jest osiągana przy mniejszej liczbie cząsteczek rozpuszczalnika w fazie gazowej (tj. przy niższej prężności pary).

Chociaż ta interpretacja jest użyteczna, nie uwzględnia kilku ważnych aspektów koligatywnego charakteru obniżania ciśnienia pary. Bardziej rygorystyczne wyjaśnienie obejmuje właściwość entropii. W celu zrozumienia obniżania prężności par cieczy należy zauważyć, że bardziej zdyspersjonowany charakter materii w roztworze, w porównaniu z oddzielnymi fazami rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej, służy skutecznej stabilizacji cząsteczek rozpuszczalnika i utrudnianiu ich parowania. Skutkuje to niższą prężnością par i odpowiednio wyższą temperaturą wrzenia.

Zależność między prężnością par składników roztworu a stężeniami tych składników jest opisana przez prawo Raoulta: Ciśnienie parcjalne wywierane przez dowolny składnik idealnego roztworu jest równe prężności par czystego składnika pomnożonej przez jego ułamek molowy w roztworze.

gdzie P_A jest ciśnieniem parcjalnym wywieranym przez składnik A w roztworze, Pº_A jest prężnością pary czystego A, a X_A jest ułamkiem molowym A w roztworze.

Przypominając, że całkowite ciśnienie mieszaniny gazowej jest równe sumie ciśnień cząstkowych dla wszystkich jej składników (prawo Daltona dotyczące ciśnień cząstkowych), całkowita prężność pary wywierana przez roztwór zawierający składniki i wynosi

Substancja nielotna to taka, której prężność par jest znikoma (Pº ≈ 0), a zatem prężność par powyżej roztworu zawierającego tylko nielotne substancje rozpuszczone jest spowodowana tylko rozpuszczalnikiem:

Ten tekst został zaadaptowany z Openstax, Chemia 2e, Sekcja 11.4: Właściwości koligatywne.