23- koligativne osobine

1

KOLIGATIVNE OSOBINE RASTVORA

Koligativne osobine rastvora• Fizičke osobine tečnih otopina se značajno

razlikuju od onih za čisto otapalo. • Ove osobine zavise prvenstveno od broja broja

(koncentracije) otopljenih (koncentracije) otopljenih ččesticaestica, a ne od njihove prirodeprirode, odnosno vrste vrste ččesticaestica. To su:

snisnižženje napona pareenje napona parepovipoviššenje taenje taččke kljuke ključčanjaanjasnisnižženje taenje taččke mrke mržžnjenja njenja osmotski pritisakosmotski pritisak

Napon pare otopine• Na slici je prikazan uticaj neisparljive otopljene

supstance na otapalo:

Tečnosti u zatvorenom sistemu su čista voda i otopina bakar sulfata (plavo).

Vremenom volumen otopine bakar sulfata (plavo) će se povećavati, a volumen vode opadati, što pokazuje da se vodena para kondenzuje u otopinu i čista voda isparava da je nadomjesti. Proces će trajati dok sva voda ne ispari.

2

Napon pare otopine• Ovo zapažanje se može objasniti ako je napon

pare čistog otapala veći od napona pare otopine.• Neisparljiva otopljena supstanca snižava napon

pare otapala.

• Prisustvo nevolatilne otopljene supstancesprječava izlazak molekula otapala iz tečnosti i tako snižava napon pare otapala.

otapalo otopina

H2O(l) → H2O(g)

Napon pare neke tečnosti zavisi od lakoće sa kojom njene molekule mogu napustiti površinu tečnosti.

Napon pare otopine

H2O(l) → H2O(g)

Ako 10% molekula u otopini čine molekule neisparljive otopljene supstance, napon pare otopine je 10% niži od napona pare čistog otapala.

Napon pare otopine

3

Napon pare otopine• Primjer je morska voda koja je vodena otopina

natrijum hlorida i mnogih drugih soli. • Napon pare vode iznad vodene otopine nije tako

veliki kao napon pare iznad čiste vode kod iste temperature

Napon pare otopine

Napon pare otapala iznad otopine Potopine je proporcionalan relativnom broju molekula otapala u otopini, tj. molskom udjelu χotapala , što je opisano u jednačini koja je poznata kao Raoultov zakon:

Potopine = χotapala . Pootapala

Svaka otopina koja se pokorava Raoultovom zakonu naziva se idealna otopina.

Separacija otopina – frakciona destilacija

Para ovdje, u ravnoteži sa idealnom otopinom

dvije isparljivekomponente, …

… je bogatija u isparljivijoj komponenti nego originalna tečnost

ovdje …

… zato će tečnost koja se kondenzuje ovdje biti bogatija u isparljvijoj

komponenti.

4

Povišenje tačke ključanja (PTK)• Normalna tačka ključanja neke tečnosti dešava se

na temperaturi kod koje je napon pare jednak 1 atmosferi.

• Pošto neisparljiva supstanca snižava napon pare otapala, otopina se mora zagrijati do više temperature od tačke ključanja čistog otapala da bi se dostigao napon pare od 1 atmosfere.

• Neisparljiva otopljena supstanca povisuje tačku ključanja.

Povišenje tačke ključanja (PTK)• Slika prikazuje fazni dijagram za vodenu otopinu

koja sadrži neisparljivu otopljenu supstancu.• Iz dijagrama se može

vidjeti da je kriva tečnost/para pomaknuta ka višim temperaturama u odnosu na onu za čistu vodu.

• Magnituda, veličina povišenja tačke ključanja zavisi od koncentracije koncentracije otopljene supstanceotopljene supstance.

Tečnost ključa kada se njen napon pare izjednači sa atmosferskim pritiskom. Otopina ima niži napon pare i zato višu tačku ključanja.

Kriva napona pare čiste vode i vodene otopine.

Povišenje tačke ključanja (PTK)

Čista voda

Otopina

5

Povišenje tačke ključanja (PTK)• Promjena u tački ključanja može se predstaviti

jednačinom:

• ΔT = povipoviššenje taenje taččke kljuke ključčanjaanja ili razlika izmeđutačke ključanja otopine i tačke ključanjačistog otapala

• Kk (eng. Kb) = konstanta koja je karakterističnaza otapalo i naziva se molalna konstantamolalna konstantapovipoviššenja taenja taččke kljuke ključčanjaanja

• botopljene tvari = molalitet molalitet otopljene supstance uotopini

ΔT = Kk . botopljene tvari

Povišenje tačke ključanja (PTK)• Vrijednosti za Kk (eng. Kb) nekih najpoznatijih

otapala dati su tabelarno u priručnicima.

Povišenje tačke ključanja (PTK)• Kuhate kafu: hoće li prije prokuhati

zašećerena ili čista voda?

6

Sniženje tačke mržnjenja (STM)• Sniženje tačke mržnjenja, kao i povišenje tačke

ključanja, je direktna posljedica snisnižženja napona enja napona pare otapalapare otapala zbog prisustva otopljene supstance.

• Tačka mržnjenja otopine je temperatura na kojoj otapalo u otopini (npr. voda) ima isti napon pare kao čisto otapalo u čvrstoj fazi (led).

Sniženje napona pare

U otopini, napon pare otapala je snižen i kriva topljenja, (krivačvrsta supstanca/tečnost) je pomaknuta ka nižim temperaturama.

Kriva topljenja

Kriva napona

pare

Kriva napona pare čiste vode i vodene otopine

Tečnost mrzne kada se njen napon pare izjednači sa naponom pare njenog čvrstog stanja.

Kriva napona pare čiste vode

Kriva napona pare leda

Otopina ima niži napon pare i zato nižu tačku mržnjenja.

Kriva napona pare otopine

Čista voda

Otopina

Sniženje tačke mržnjenja (STM)

7

Sniženje tačke mržnjenja (STM)• Jednačina za sniženje tačke mržnjenja je analogna

onoj za povišenje tačke ključanja:

• ΔT= snisnižženje taenje taččke mrke mržžnjenjanjenja ili razlika izmeđutačke mržnjenja čistog otapala i tačkemržnjenja otopine

• Km (eng. Kf) = konstanta koja je karakteristična zaodređeno otapalo i naziva semolalna konstanta snimolalna konstanta snižženja taenja taččkekemrmržžnjenjanjenja

• botopine = molalitet otopine

ΔT = Km . botopine

Sniženje tačke mržnjenja (STM)• Kao i kod povišenja tačke ključanja, izmjereno

sniženje tačke mržnjenja može se upotrijebiti za određivanje molekularne težine i karakterizaciju otopina.

ΔT = Km . botopine

Krioskopske i ebulioskopske konstante

kg mol-1 kg mol-1

8

Praktična primjena STM• Etilen glikol u automobilskim

hladnjacima služi kao antifriz u zimskim uslovima jer snižava tačku mržnjenja sredstva za hlađenje.

Praktična primjena PTK• Ista supstanca, etilen glikol, takođe pomaže u

sprječavanju ključanja u vrelim ljetnjim danima.

Praktična primjena STM• Natrijum hlorid ili kalcijum hlorid se posipaju po

zaleđenim cestama…

9

Praktična primjena STM• ….ili aerodromskim pistama zimi da bi snizili

tačku mržnjenja leda i snijega ispod temperature okolnog zraka.

Praktična primjena STM• Smjese soli i leda mogu se

koristiti kao smjese za hlađenje u domaćinstvu (npr. pripremanje sladoleda koji se hladi do tačke mržnjenja otopine, daleko ispod tačke mržnjenja čiste vode).

Praktična primjena STM• Sladoled se ne topi kao led. • Led ostaje u čvrstom stanju dok se topi. • Sladoled postepeno postaje mekši i

mekši.

10

Praktična primjena STM• Led je čista supstanca dok je

sladoled smjesa u kojoj postoje druge supstance koje sprječavaju smrzavanje vode. Zato se treba ohladiti ispod 0°C da bi došlo do smrzavanja.

• Oko 30% vode u sladoledu nikada ne mrzne zbog visokog nivoa otopljenih čvrstih supstanci kao što su šećer, masti i proteini.

Praktična primjena STM

• Voda se raspršuje na citrusno voće kao preventivna mjera kod iznenadnih mrazova.

• Mržnjenjem vode oslobađa se toplota topljenja, a nastali sloj leda služi kao termalni izolator.

• Jedno vrijeme temperatura ostaje na 0°C.• Sok u voću koji ima tačku mržnjenja ispod

0°C, zaštićen je od smrzavanja.

Povećan nivo glukoza u njenoj krvi i ćelijama služi kao «antifriz» -sprječava vodu od mržnjenja i omogućava joj da može preživjeti pri niskoj tjelesnoj temperaturi od -8°C.

Povećan nivo glukoza u njenoj krvi i ćelijama služi kao «antifriz» -sprječava vodu od mržnjenja i omogućava joj da može preživjeti pri niskoj tjelesnoj temperaturi od -8°C.


“wood frog”(Rana sylvatica)

11

Otopljeni šećeri takođe omogućavaju biljkama da budu otporne na smrzavanje.


«Antifriz» peptidi i proteini

Osmoza• Ako se čisto otapalo i

otopina neisparljive otopljene supstance u otapalu odvoje polupropusnom membranom, kao što je prikazano na slici, doći će do kretanja kretanja molekula otapala kroz molekula otapala kroz membranu u otopinumembranu u otopinu.

12

Osmoza• Polupropusna ili semipermeabilna membrana je

membrana koja propušta samo molekule otapala.

Osmoza• Mnoga biljna i životinjska tkiva

su semipermeabilne membrane.• Spontano kretanje molekula

otapala kroz semipermeabilnu membranu iz razblažene otopine (ili iz čistog otapala) u koncentrovaniju otopinu naziva se osmoza.

Osmoza• Otapalo se uvijek kreće iz otopine manje

koncentracije u otopinu veće koncentracije.

13

Osmotski pritisakPritisak koji je potreban da zaustavi osmozu izračunava se prema jednačini:π V= nRT π = (n/V) RT = cRT

Otopina (zelenozeleno) odvojena je od čiste vode membranom koja je propustljiva za molekule H2O ali ne i za česticeotopljene supstance.

Kada je protok vode u ravnoteži, hidrostatski pritisak se sada naziva osmotski pritisak, π.

Osmoza i osmotski pritisak

Voda se krećeizvana (čista H2O)

u otopinu.

Volumen otopine se

povećava dok …… visina otopine ne

izvrši osmotski pritisak (π) na

otopinu.

Reverzna osmozaAko se na otopinu koja je u kontaktu sa semipermeabilnom membranom, primijeni veći pritisak od osmotskog pritiska, voda se može istjerati iz otopine - proces suprotan osmozi.

14

Reverzna osmozaOvaj proces se naziva reverzna osmozareverzna osmoza i koristi se za dobivanje vode za piće iz morske vode –desalinacija.

•

Reverzna osmoza

Komponente morske vode

•

15

Važnost osmoze u biologiji i medicini

• Otopine za intravenoznu upotrebu moraju imati isti osmotski pritisak kao krv tako da nema kretanja vode u ili iz ćelija.

• Takve otopine se nazivaju izotonične.

• Uobičajena koncentracija soli u krvnoj plazmi je izotonična sa 0.9% (w/v) otopinom NaCl.


• U hipertoničnim otopinama (koje imaju osmotski pritisak veći nego što je ćelijska tečnost) dolazi do izlaska vode iz ćelije koja se smežura i ova pojava se naziva krenacija.


• U hipotoničnim otopinama (koje imaju osmotski pritisak niži nego što je ćelijska tečnost) dolazi do ulaska vode u ćelije koja nabubri i raskida se i ova pojava se naziva hemoliza.

16


• Šećer i so se koriste za konzerviranje hrane jer uzrokuju kretanje vode iz ćelija bakterija koje se onda isušuju i umiru (krenacija).

• Osmotski pritisak je glavni faktor koji utiče na kretanje vode iz tla do lišća biljaka.


• Tijelo čovjeka ima dijelove organa koji imaju različit osmotski pritisak što zahtijeva pumpne mehanizme koji će spriječiti osmozu.

• Npr. neke ćelije transparentnog tkiva vanjskog oka, ćelije rožnjače, služe kao pumpa koja spriječava osmozu vode iz vodenastog dijela oka.

Difuzija

• Difuzija, za razliku od osmoze, nema nikakvu membranu. To je pojava spontanog izjednačavanja koncentracije jer se čestice slobodno kreću.

• Primjer: ubacimo kocku šećera u šoljicu čaja, bez miješanja.

• Molekule šećera će se kretati iz oblasti visoke koncentracije u oblast niže koncentracije i to kretanje je poznato kao difuzija.

17

Dijaliza• Sličan fenomen osmozi je dijaliza i dešava se na

zidovima većine životinjskih i biljnih ćelija.• Međutim, za razliku od osmoze kod koje

polupropusna membrana spriječava transfer SVIH otopljenih čestica, kod dijalize membrana dopušta prenos i molekula otapala i MALIH MOLEKULA i IONA OTOPLJENIH SUPSTANCI.

Hemodijaliza• Primjena: kod vještačkog bubrega za

prečišćavanje krvi.

Koligativne osobine otopina elektrolita

• Pošto ove osobine zavise od broja otopljenih čestica, otopine ionskih spojeva, elektrolita (koji disociraju u otopini) pokazuju veće promjene od neelektrolita.

• Npr. NaCl disocira i stvara 2 ionske čestice, dok kovalentni spoj metanol ne disocira u vodenoj otopini.

18


• Međutim, otopina 1 mol dm-3 NaCl ne pokazuje dvostruku promjenu tačke topljenja kao 1 mol dm-3

otopina metanola.• Otopina NaCl djeluje kao da stvarno nema 2 čestice.• Zašto?

• Jedan mol NaCl u vodi ne daje tačno dva mola iona.

• Neki od Na+ i Cl−ponovo se udružuju kao hidratisani ionski parovi, tako da je stvarna koncentracija ovih čestica nešto manja od dvostruke koncentracije NaCl.



Van’t Hoffov faktor (i) se koristi za modifikaciju jednačine za koligativne osobine.

STM: ΔTm = i Km b PTK: ΔTk= i Kkb OP: π = i c RT

i zavisi od molaliteta otopine, b

b

19

Jacobus Henricus van 't Hoff

• Danski hemičar, jedan od najvećih svih vremena i prvi dobitnik Nobelove nagrade za hemiju 1901. godine

1852 - 1911

23- koligativne osobine

Documents