Elektrolity: Reguła van ’t Hoffa

Właściwości koligatywne roztworu zależą od rzeczywistej liczby rozpuszczonych cząstek substancji rozpuszczonej.

W przypadku substancji nieelektrolitowej każda cząsteczka substancji rozpuszczonej, która się rozpuszcza, daje jedną rozpuszczoną cząsteczkę substancji rozpuszczonej.

Jednak elektrolity jonowe, takie jak chlorek sodu, dysocjują na jony po rozpuszczeniu, podczas gdy gazowy amoniak, elektrolit kowalencyjny, reaguje z wodą, uwalniając jony amonowe i wodorotlenkowe w roztworze.

Tak więc w przypadku elektrolitów każda cząsteczka substancji rozpuszczonej, która się rozpuszcza, daje więcej niż jedną rozpuszczoną cząstkę substancji rozpuszczonej.

Tak więc 1 M roztwór nieelektrolitu, takiego jak dekstroza, będzie zawierał 1 mol cząsteczek dekstrozy w 1-litrowym roztworze, podczas gdy 1 M roztwór elektrolitu, takiego jak chlorek potasu, zdysocjuje na prawie 1 mol jonów potasu i 1 mol jonów chlorkowych - w sumie 2 mole jonów w 1-litrowym roztworze.

Przy podwójnej liczbie cząstek rozpuszczonych ciśnienie osmotyczne 1 M roztworu chlorku potasu będzie dwukrotnie większe niż w przypadku 1 M roztworu dekstrozy.

Stosunek między molami cząstek, które rozpuszczona substancja rozpuszczona tworzy w roztworze, a molami substancji rozpuszczonej dodanych w celu uzyskania roztworu, nazywa się czynnikiem van't Hoffa reprezentowanym przez i.

Oblicza się go, dzieląc zmierzoną wartość właściwości kolegiatywnej przez wartość obliczoną ze wzoru.

Rozważ obniżenie temperatury zamarzania roztworu chlorku potasu. Depresję punktu zamarzania, ΔT_f, oblicza się, mnożąc współczynnik van't Hoffa dla chlorku potasu przez molową stałą depresji punktu zamarzania i molalność substancji rozpuszczonej.

Jeśli i wynosi 2, a stała obniżenia punktu zamarzania dla wody wynosi 1,86 °C/m, to oblicza się, że obniżenie temperatury zamarzania roztworu chlorku potasu o stężeniu 0,100 m wynosi 0,372 °C.

Jednak zmierzone obniżenie temperatury zamarzania dla 0,100 m roztworu chlorku potasu wynosi 0,344 °C.

Różnica ta istnieje, ponieważ gdy elektrolit dysocjuje na jony w roztworze, niektóre kationy i aniony rekombinują się. Zjawisko to nazywa się parowaniem jonów.

Silne elektrolity z silnie naładowanymi jonami, takie jak chlorek żelaza(III) i siarczan magnezu, mogą tworzyć silne oddziaływania elektrostatyczne, a tym samym mają większą tendencję do tworzenia par jonowych.

W przypadku słabych elektrolitów, takich jak wodorotlenek amonu, dysocjacja na jony jest niepełna.

Tak więc, zarówno w przypadku mocnych, jak i słabych elektrolitów, współczynnik van't Hoffa jest mniejszy niż oczekiwano.