集合プロパティとは定義と例

化学では、集合特性 は、溶質粒子の化学的同一性ではなく、溶媒粒子と比較した溶質粒子の数に依存する化学溶液の特性です。ただし、共同プロパティは行う 溶剤の性質によります。集合的な 4 つの特性は、凝固点降下、沸点上昇、蒸気圧降下、および浸透圧です。

集合プロパティはすべてのソリューションに適用されますが、それらを計算するために使用される方程式は、揮発性溶媒に溶解した不揮発性溶質の理想的なソリューションまたは弱いソリューションにのみ適用されます。揮発性溶質の集合特性を計算するには、より複雑な式が必要です。凝集特性の大きさは、溶質のモル質量に反比例します。

共同プロパティの仕組み

溶質を溶媒に溶解すると、溶媒分子間に余分な粒子が導入されます。これにより、単位体積あたりの溶媒濃度が低下し、本質的に溶媒が希釈されます。効果は、化学的性質ではなく、余分な粒子の数に依存します。たとえば、塩化ナトリウム (NaCl) を溶解すると 2 つの粒子 (1 つのナトリウム イオンと 1 つの塩化物イオン) が生成され、塩化カルシウム (CaCl) は溶解します。 ) 3 つの粒子 (1 つのカルシウム イオンと 2 つの塩化物イオン) が得られます。両方の塩が溶媒に完全に溶けると仮定すると、塩化カルシウムは食塩よりも溶液の凝集特性に大きな影響を与えます.したがって、水に塩化カルシウムをひとつまみ加えると、水に塩化ナトリウムをひとつまみ加えるよりも、凝固点が下がり、沸点が上がり、蒸気圧が下がり、浸透圧が変化します。これが、食塩よりも低い温度で塩化カルシウムが除氷剤として作用する理由です。

4 つの共同プロパティ

凝固点降下

溶液の凝固点は、純粋な溶媒の凝固点よりも低くなります。凝固点の低下は、溶質のモル濃度に正比例します。

砂糖、塩、アルコール、または化学薬品を水に溶かすと、水の凝固点が下がります。凝固点降下の例としては、氷に塩をまぶして溶かすことや、ウォッカを凍らせずに冷凍庫で冷やすことなどがあります。水以外の溶媒でも効果はありますが、温度変化量は溶媒によって異なります。

凝固点の式は次のとおりです。

ΔT =iKf メートル

どこ：

ΔT =温度変化 (°C)
i =ファントホッフ係数
Kf =モル凝固点降下定数または低温定数 (°C kg/mol)
m =mol 溶質/kg 溶媒での溶質のモル濃度

モル凝固点降下定数の表があります (Kf ) 一般的な溶剤用。

沸点上昇

溶液の沸点は、純粋な溶媒の沸点よりも高くなります。凝固点降下と同様に、その効果は溶質のモル濃度に正比例します。たとえば、水に塩を加えると、沸騰する温度が上がります (それほど大きくはありませんが)。

沸点上昇は次の式から計算できます:

ΔT =Kb m

ここで:

Kb =ebullioscopic 定数 (水に対して 0.52°C kg/mol)
m =mol 溶質/kg 溶媒での溶質のモル濃度

エブリオスコピック定数または沸点上昇定数の表があります (Kb ) 一般的な溶剤用。

蒸気圧の低下

液体の蒸気圧は、凝縮と気化が同じ速度で発生する (平衡状態にある) ときに、その蒸気相によって加えられる圧力です。溶液の蒸気圧は常に、純粋な溶媒の蒸気圧よりも低くなります。

これが機能する方法は、溶質イオンまたは分子が、環境にさらされる溶媒分子の表面積を減らすことです。そのため、溶媒の蒸発速度が低下します。凝縮速度は溶質の影響を受けないため、新しい平衡では気相の溶媒分子が少なくなります。エントロピーも役割を果たします。溶質粒子は溶媒分子を安定させ、安定化させて蒸発しにくくします。

Raoult の法則は、蒸気圧と溶液の成分の濃度との関係を説明しています。

P_A =X_A P_A *

どこ：'

P_A は、溶液の成分 A によって加えられる分圧です。
P_A * は純Aの蒸気圧
X_A A

不揮発性物質の場合、蒸気圧は溶媒のみによるものです。方程式は次のようになります。

P_{ソリューション} =X_溶媒 P_溶媒 *

浸透圧

浸透圧は、溶媒が半透膜を横切って流れるのを止めるのに必要な圧力です。溶液の浸透圧は、溶質のモル濃度に比例します。したがって、溶媒に溶解する溶質が多いほど、溶液の浸透圧が高くなります。

van’t Hoff の式は、浸透圧と溶質濃度の関係を表しています。

Π =icRT

どこで

Πは浸透圧
i はファントホッフ指数
c は溶質のモル濃度
R は理想気体定数
T はケルビンの温度です

オストワルトと共同財産の歴史

化学者であり哲学者でもあるフリードリッヒ ヴィルヘルム オストヴァルトは、1891 年に集合的性質の概念を導入しました。「集合的」という言葉は、ラテン語の colligatus に由来します。 (「一緒に結合」)、溶媒特性が溶液中の溶質濃度に結合される方法を指します。オストワルドは、実際に溶質特性の 3 つのカテゴリを提案しました:

参考文献

• レイドラー、K.J.; Meiser、J.L. (1982)。 物理化学 .ベンジャミン/カミングス。 ISBN 978-0618123414.
• マッカリー、ドナルド。ら。 （2011）。 一般化学 .大学科学図書。 ISBN 978-1-89138-960-3.
• Tro, Nivaldo J. (2018). 化学:構造と特性 (第 2 版)。ピアソン教育。 ISBN 978-0-134-52822-9。