Электролиты: фактор Вант-Гоффа

Коллигативные свойства раствора зависят от реального количества растворенных частиц растворенного вещества. Для неэлектролита каждая молекула растворенного вещества, которая растворяется, дает одну молекулу растворенного вещества. Однако ионные электролиты, такие как хлорид натрия, при растворении диссоциируют на ионы, в то время как газообразный аммиак, ковалентный электролит, реагирует с водой с образованием ионов аммония и гидроксида в растворе.

Таким образом, для электролитов каждая растворяющаяся молекула растворенного вещества дает более одной растворенной частицы растворенного вещества. Таким образом, одно-молярный раствор неэлектролита, такого как декстроза, будет иметь 1 моль молекул декстрозы в 1 литре раствора, тогда как одно-молярный раствор электролита, такого как хлорид калия, будет диссоциировать на почти 1 моль ионов калия и 1 моль ионов хлора, всего 2 моля ионов в 1 литре раствора. При удвоении количества растворенных частиц осмотическое давление одно-молярного раствора хлорида калия будет вдвое больше, чем у одно-молярного раствора декстрозы.

Отношение между молями частиц, которые растворенное вещество образует в растворе, и молями растворенного вещества, добавляемого для приготовления раствора, называется коэффициентом Вант-Гоффа, представленным i. Оно рассчитывается путем деления измеренного значения коллигативного свойства на значение, вычисленное по формуле. Рассмотрим снижение точки замерзания раствора хлорида калия.

Снижение точки замерзания ΔTf рассчитывается путем умножения коэффициента Вант-Гоффа хлорида калия на молярную константу снижения точки замерзания и количество молях растворенного вещества. Если i равно 2, а постоянная снижения точки замерзания воды составляет 1, 86 градуса Цельсия на моль, то понижение температуры замерзания 0, 100 М раствора хлорида калия рассчитывается как 0, 372 градуса Цельсия. Однако измеренное снижение точки замерзания для 0, 100 М раствора хлорида калия составляет 0, 344 градуса Цельсия.

Это различие существует потому, что, когда электролит диссоциирует на ионы в растворе, некоторые катионы и анионы рекомбинируют. Это явление называется образованием ионных пар. Сильные электролиты с сильно заряженными ионами, такие как хлорид железа и сульфат магния, могут образовывать сильные электростатические взаимодействия и, таким образом, имеют большую тенденцию к образованию ионных пар.

У слабых электролитов, таких как гидроксид аммония, диссоциация на ионы неполная. Таким образом, как для сильных, так и для слабых электролитов коэффициент Вант-Гоффа меньше ожидаемого.