Back to chapter

12.9:

Ideale Oplossingen

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Ideal Solutions

Languages

Share

In een oplossing zijn er drie belangrijke aantrekkende intermoleculaire krachten:aantrekkingen tussen de oplosmiddelmoleculen, aantrekkingen tussen de opgeloste moleculen en aantrekkingen tussen de opgeloste stof en de oplosmiddelmoleculen. Als de sterkte van elk van de drie soorten interacties qua grootte vergelijkbaar is, wordt de oplossing een ideale oplossing genoemd. Een ideale oplossing voldoet bij alle concentraties aan de wet van Raoult.Voor een ideale oplossing met twee vluchtige componenten, zoals tolueen en benzeen, wordt de partiële dampspanning van elke component volgens de wet van Raoult gegeven als een product van de dampspanning van de zuivere component en zijn molfractie. In een gegeven oplossing is de molfractie voor tolueen 0, 4 en de molfractie voor benzeen 0, 6. Aangezien de dampspanningen van het zuivere tolueen en het zuivere benzeen respectievelijk 22 en 75 torr bedragen, zullen de partiële drukken van tolueen en benzeen in deze oplossing respectievelijk 8, 8 en 45 torr bedragen.De totale dampspanning is de som van de partiële drukken van elke component en is gelijk aan 54 torr. Voor zo’n ideale oplossing levert een grafiek van dampspanning tegen molfractie een rechte lijn op. Wanneer de intermoleculaire krachten binnen een oplossing niet uniform zijn, wijkt de oplossing af van de wet van Raoult en wordt deze niet-ideaal genoemd.Als de interacties tussen oplosmiddel en opgeloste stof in een oplossing zwakker zijn dan de interacties tussen oplosmiddel en oplosmiddel, zoals in het geval van een oplossing van benzeen en methanol, laat de opgeloste stof meer oplosmiddeldeeltjes ontsnappen naar de gasvormige toestand dan in het zuivere oplosmiddel. De dampspanning is dus meestal hoger dan voorspeld door de wet van Raoult. Dergelijke oplossingen laten een positieve afwijking zien van de wet van Raoult.Omgekeerd, in een oplossing met sterke interacties tussen opgeloste stof en oplosmiddel, zal de opgeloste stof voorkomen dat het oplosmiddel verdampt en zal de dampspanning van de oplossing lager zijn dan voorspeld door de wet van Raoult. Dit wordt waargenomen in een waterige oplossing van aceton en chloroform, waar sterke waterstofbrug tussen de twee leidt tot een negatieve afwijking van de wet van Raoult.

12.9:

Ideale Oplossingen

According to Raoult’s law, the partial vapor pressure of a solvent in a solution is equal or identical to the vapor pressure of the pure solvent multiplied by its mole fraction in the solution. However, Raoult's Law is only valid for ideal solutions. For a solution to be ideal, the solvent-solute interaction must be just as strong as a solvent-solvent or solute-solute interaction. This suggests that both the solute and the solvent would use the same amount of energy to escape to the vapor phase as when they are in their pure states. This is only possible when the different components of the solution are chemically similar, as in the case of benzene and toluene or hexane and heptane.

Since many solutions do not have uniform attractive forces, the vapor pressure of these solutions deviates away from the pressure predicted by Raoult’s law. For instance, when ethanol is dissolved in water, there are strong attractions between the water molecules and the ethanol molecules. These attractive forces tend to slow down the loss of water molecules from the surface of the solution. However, if the solution is sufficiently dilute, the surface will have more water molecules. Some of these surface water molecules may not be surrounded by any ethanol molecules and can still escape to the vapor phase at the same rate as they would in pure water. Such dilute solutions are said to approach ideal behavior.

For non-ideal solutions, deviation from Raoult’s law can either be negative or positive. The negative deviation takes place when the vapor pressure is lower than that expected due to Raoult’s law. A solution of water and hydrochloric acid exhibits negative deviation because the hydrogen bonds between water and hydrochloric acid prevent the surface water molecules from vaporizing as readily.

Alternatively, positive deviation occurs when the attraction between the molecules of each component, either solute-solute or solvent-solvent, is greater than the attraction between the solvent and the solute. In such solutions, both components can easily escape into the vapor phase. An example of a positive deviation is a solution of benzene and methanol as the intermolecular forces between the benzene and methanol are weaker than found in pure methanol.

Suggested Reading

  1. Bertrand, Gary L., and Claude Treiner. "Raoult's law as applied to binary solvent mixtures." Journal of solution chemistry 13, no. 1 (1984): 43-49.
  2. Raoult, F. M. "General law of the vapor pressure of solvents." Comptes Rendus 104 (1887): 1430-3.