Loading...
 
Chemia ogólna
Pod redakcją:Halina Krawiec
Autorzy/Autorki:Zbigniew Szklarz, Alicja Łukaszczyk, Bartosz Grysakowski, Maria Starowicz, Dominika Święch, Halina Krawiec, Edyta Proniewicz
Afiliacja autorów:AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Odlewnictwa
Wydawca:Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica w Krakowie
Data publikacji:2018
Recenzja: dr hab. Grzegorz Sulka, prof. UJ
dr hab. Lidia Adamczyk
ISBN:978-83-952566-4-6

Chemia ogólna
Rozdział 3. Klasyfikacja chemicznych związków nieorganicznych i ich nomenklatura
Prężność pary nad cieczą

Stałą równowagi pomiędzy roztworem a parą rozpuszczalnika wyraża równanie:

\( K_{x}=\frac{x_{g}}{x_{r}} \)


Ułamek molowy wody w cieczy \( x_{p} \) nie jest równy jedności. Obok wody występuje bowiem w fazie ciekłej jeszcze substancja rozpuszczona, np. substancja \( A \), której ułamek molowy \( x_{A} \) ma taką wartość, że \( x_{p} + x_{A} = 1 \). Ułamek molowy wody w fazie gazowej \( x_{g} \) pozostaje natomiast równy jedności, gdyż założyliśmy, że substancja \( A \) jest nielotna. Wprowadzając stałą równowagi \( K_{p} \) możemy napisać:

\( K_{x}=K_{p} \cdot p^{-1} = \frac{1}{x_{r}} \)
\( p \) oznacza tutaj ciśnienie panujące w układzie, tj. prężność pary nasyconej roztworu. Stała \( K_{p} \) przyjmuje wartość równą prężności \( p_{o} \) pary nasyconej nad czystą wodą:
\( K_{p}= p_{0} \)

Podstawienie jej do równania ( 2 ) daje równanie:

\( \frac{p}{p_{0}} = x_{r} \)

stanowiące jedną z postaci prawa Raoulta. Z równania tego wynika, że stosunek prężności pary nasyconej nad roztworem do prężności pary nasyconej nad czystym rozpuszczalnikiem jest równy ułamkowi molowemu rozpuszczalnika w roztworze, czyli jest mniejszy od 1. Rozpuszczenie dowolnej substancji w wodzie czy w jakimkolwiek innym rozpuszczalniku prowadzi zatem do obniżenia jego prężności pary nasyconej.

Równanie ( 4 ) poddaje się zwykle dalszemu przekształceniu. Uwzględniając fakt, że:

(5)
\( x_{r} = 1 - x_{A} \)

dochodzimy do wzoru:

\( \frac{p_{0} - p}{p_{0}} = x_{A} \)

Wyrażenie \( \frac{p_{0} - p}{p_{0}} \) nazywamy względnym obniżeniem prężności pary. Prawo Raoulta można teraz wypowiedzieć w następujący sposób:


Względne obniżenie prężności pary nasyconej nad roztworem równa się ułamkowi molowemu substancji rozpuszczonej.

Prawo Raoulta w sposób zupełnie ścisły stosuje się tylko do roztworów rozcieńczonych. W roztworach stężonych stwierdza się często znaczne odstępstwa. Daje ono jednak zawsze informację o kierunku zmian prężności pary nasyconej obserwowanych podczas przejścia od czystego rozpuszczalnika do roztworu.

Ważną konsekwencją obniżenia prężności pary pozostającej w równowadze z roztworem jest zmiana jego temperatury wrzenia i temperatury krzepnięcia w porównaniu z czystym rozpuszczalnikiem. Temperatura wrzenia jest to temperatura, w której prężność pary nasyconej danej cieczy osiąga wartość równą ciśnieniu zewnętrznemu. Zwykle odnosimy ją do ciśnienia atmosferycznego wynoszącego \( 1013,25 hPa \). Temperaturę krzepnięcia wyznacza natomiast punkt określający temperaturę współistnienia wody ciekłej i lodu pod tym samym ciśnieniem. W przypadku czystej wody jest to punkt P na Rys. 1, na którym przedstawiono diagram fazowy wody w przypadku gdy faza ciekła jest substancją czystą (linia ciągła), oraz w przypadku gdy faza ciekła jest roztworem (linia przerywana). Krzywa OA, wyrażająca prężność pary nad cieczą, zostaje dla roztworu przesunięta w dół, np. do pozycji O’A’. Równocześnie krzywa topnienia lodu OC przesunie się do pozycji O’A’. Zmiany te powodują, że punkt określający temperaturę krzepnięcia przesuwa się z P do P’, a temperatura krzepnięcia zmienia się od \( T_{k}^0 \) do \( T_{k} \). Punkt określający temperaturę wrzenia pzesuwa się od punktu Q do Q’, czemu towarzyszy zmiana temperatury wrzenia od \( T_{w}^0 \) do \( T_{w} \). Z Rys. 1 wynika zatem, że roztwory wykazują obniżoną temperaturę krzepnięcia i podwyższoną temperaturę wrzenia w porównaniu z temperaturą krzepnięcia i temperaturą wrzenia czystego rozpuszczalnika.

Diagram prężności pary nad roztworami wodnymi (linia przerywana) naniesiony na diagram fazowy wody (linia ciągła).
Rysunek 1: Diagram prężności pary nad roztworami wodnymi (linia przerywana) naniesiony na diagram fazowy wody (linia ciągła).


Moduł opracowano na podstawie [1], [2].

Bibliografia

1. G. Barrow: Chemia fizyczna, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1973
2. A. Bielański: Chemia ogólna i nieorganiczna, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1977
Zaloguj się/Zarejestruj w OPEN AGH e-podręczniki
Czy masz już hasło?

Hasło powinno mieć przynajmniej 8 znaków, litery i cyfry oraz co najmniej jeden znak specjalny.

Przypominanie hasła

Wprowadź swój adres e-mail, abyśmy mogli przesłać Ci informację o nowym haśle.
Dziękujemy za rejestrację!
Na wskazany w rejestracji adres został wysłany e-mail z linkiem aktywacyjnym.
Wprowadzone hasło/login są błędne.