化学者であり哲学者でもあるフリードリヒ・ヴィルヘルム・オストヴァルトは、1891 年に「集合的性質」という用語を作り出しました。
集合特性は、粒子の性質ではなく、存在する粒子 (分子または原子) の量によって物質の品質であると判断できます。集合特性の 2 つの例は、理想気体の圧力と、溶解粒子による溶媒の凝固点の低下です。
「コリガティブ」という言葉は、ラテン語の「colligatus」に由来し、「一緒に結ばれる、または一緒に縛られる」という意味です。集合プロパティは、ソリューションのプロパティがソリューション内の溶質濃度にどのように関連しているかを示すため、ソリューションを定義するときに役立ちます。
集合プロパティの意味
化学溶液は、溶質粒子の化学的同一性ではなく、溶質の粒子と溶媒の粒子によって決定される集合特性を持っています。一方、凝集特性は溶媒の種類に依存します。
集合的な 4 つの特性は、凝固点降下、沸点上昇、蒸気圧の低下、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。ただし、それらを決定するために使用される方程式は、揮発性溶媒に溶解した理想的または弱い不揮発性溶質溶液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、より高度な式が必要です。集合特性の大きさは、溶質のモル質量に反比例します。
集合プロパティの例
コップ一杯の水にひとつまみの塩を加えると、低温で凍り、高温で沸騰し、蒸気圧が低くなり、浸透圧が変化します。凝集特性は通常、不揮発性溶質に関連していますが、揮発性溶質への影響も観察できます。
アルコール（揮発性液体）を水と混合すると、凝固点は純粋なアルコールまたは純粋な水の期待値を下回ります。その結果、家庭用冷凍庫でアルコール飲料が凍ることはめったにありません。
集合プロパティの働き
溶質を導入して溶液を生成すると、溶解した粒子が液相溶媒の一部を置換します。この動作により、単位体積あたりの溶媒濃度が低下します。
希薄溶液では、粒子の種類よりも数が問題になります。たとえば、CaCl2 を完全に溶解するとカルシウムと塩化物粒子が生成されますが、NaCl を完全に溶解すると 2 つの粒子 (ナトリウム イオンと塩化物イオン) のみが生成されます。
食卓塩は、塩化カルシウムよりも結集特性に強い影響を与える.したがって、塩化カルシウムは食塩よりも低い温度でより効果的な除氷剤です。
共同プロパティ
集合プロパティのさまざまなタイプは次のとおりです。
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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、溶質のモル濃度に関係しています。
水の凝固点は、砂糖、塩、アルコール、その他の物質を水に溶かすと下がります。水以外でも効果はありますが、溶剤によって温度変化量は異なります。
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沸点上昇
液体の沸点係数は、蒸気ひずみが周囲ひずみと等しくなる温度です。
不揮発性液体を天然溶媒に添加すると、溶液の蒸気ひずみが減少することがわかっています。蒸気ひずみを周囲ひずみと等しくするには、溶液の温度を上げる必要があります。
沸点の上昇は、溶液と天然溶媒の沸点の差を示します。
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蒸気圧の低下:
天然溶剤では、溶剤の分子が床全体を占めます。不揮発性溶質を溶媒に加えると、床には溶質と溶媒分子の両方が含まれるようになり、床を覆う溶媒分子の数が減少します。
応答の蒸気ひずみは純粋に溶媒によるものであるため、溶液の蒸気ひずみは、同じ温度での自然溶媒の蒸気ひずみよりも小さくなります。
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浸透圧:
溶液と溶媒の間に半透膜を配置すると、溶媒分子が膜を通過して溶液に入り、その体積が増加します。最も効果的な溶媒分子はこの半透過性バリアを通過できますが、溶質のような大きな分子は通過できません。
溶液の浸透圧は、溶質のモル濃度に比例します。その結果、溶液の浸透圧が高いほど、より多くの溶質が溶媒に溶解します。
Van’t Hoff の式は、浸透圧と溶質濃度の関係を表しています。
結論
オストワルドは、3 つの異なるタイプの溶質特性を仮定しました:
- 集合特性は、溶質の濃度と温度のみに依存します。溶質粒子の性質の影響を受けません。
- 構成粒子の全体的な品質によって、溶質の化学的組成に依存する付加的な属性が決まります。たとえば、質量は付加的なプロパティです。
- 溶質の分子構造によって、その構成特性が決まります。
