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难挥发非电解质稀溶液的通性——溶液的沸点升高和凝固点降低

发布时间:2015-04-16 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:12429

1.溶液的沸点升高

液体的沸点是指“当液体的蒸气压等于外界压力(通常指101325Pa)时,液体的温度”。一切液体都有一定的沸点,如果在纯溶剂中溶入少量难挥发非电解质后,发现溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点,这种现象叫溶液的沸点升高。溶液的沸点升高是溶液蒸气压下降的一个必然结果。

水在373K时蒸气压是101325Pa,溶入难挥发溶质后蒸气压降低,虽然仍在373K,但溶液不会沸腾。要使溶液沸腾,必须继续加热升高温度,使它的蒸气压继续增大,直到等于外界压力时溶液才开始沸腾,此时的温度(Tb)称为溶液的沸点。显然溶液的沸点升高了。溶液越浓,蒸气压下降越多,沸点升高也越多。根据拉乌尔定律可以推出稀溶液的沸点升高△Tb也和溶液的质量摩尔浓度成正比,即

△Tb=KbbB

式中:△Tb认为溶液的沸点升高,单位为K;Kb为溶剂的沸点升高常数,单位为K•kg•mol-1。该常数决定于溶剂的性质,而与溶质的本性无关。

2.溶液的凝固点降低

溶液的凝固点是溶液的蒸气压(即溶液中纯溶剂的蒸气压)与固态纯溶剂的蒸气压相等时的温度。溶液的凝固点比纯溶剂的凝固点低是一个常见的自然现象,例如,海水由于含有大量的盐分,因此比纯水要在更低的温度下才结冰。若在纯水中加入难挥发溶质以后,因为在同一温度时水溶液的蒸气压低于纯水的蒸气压,即在0℃时溶液的蒸气压低于冰的蒸气压,所以溶液不能凝固。降低温度,溶液的蒸气压相应减少,直到溶液的蒸气压曲线和冰(固态纯溶剂)的蒸气压曲线相交,此时溶液的蒸气压与固体纯溶剂的蒸气压相等,该点对应的温度即为溶液的凝固点。显然溶液的凝固点低于纯溶剂的凝固点。

溶液的凝固点下降也是由于蒸气压下降引起的,所以溶液的凝固点下降与溶液的蒸气压下降成正比,即稀溶液的凝固点下降与溶液的质量摩尔浓度成正比。可表示为:

△Tf=KfbB

式中:Kf为溶剂的凝固点下降常数,单位为K.kg.mol-1,它也是纯溶剂的特征常数。

溶液的沸点升高和凝固点降低都与加人溶质的质量摩尔浓度成正比,而质量摩尔浓度又与溶质的相对分子质量有关。因此,可以通过对溶液沸点升高和凝固点降低的测定来计算难挥发非电解质的相对分子质量。而且由于同一溶剂的凝固点下降常数比沸点升高常数大,溶液凝固点的测定比沸点测定简易准确,所以利用凝固点下降法测定相对分子质量比用沸点上升法更为广泛。

溶液的凝固点下降具有很重要的实际意义,例如,盐和冰的混合物可作冷冻剂就是运用此原理的一个例子。冰的表面有少量水,当盐与冰混合时,盐溶解在冰表面的水里形成溶液,由于所形成的溶液的蒸气压低于冰的蒸气压,冰就融化。冰融化要吸收热量,因此温度降低。叙化钠和冰混合,温度可降低至-22℃;氯化钙和冰混合,温度可降低至-55℃。冬季建筑工人在砂浆中加食盐或氯化钙,汽车驾驶员在水箱里加乙二醇或甘油等都是利用凝固点下降原理以防止水结冰。

现代科学研究表明,植物的抗旱性和抗寒性与溶液蒸气压下降和凝固点降低规律有关。当植物所处的环境温度偏离常温,植物处于严寒和干旱的时候,有机体细胞中能强烈地发生糖类等可溶性物质的溶解,以提高细胞液的浓度,细胞液浓度越大,其凝固点降低越多,使细胞液能够在较低的温度环境中不冻结,从而表现出一定的抗寒能力。同样,由于细胞液浓度增加,细胞液的蒸气压下降愈多,水分蒸发就愈慢,因此表现出植物的抗旱能力。

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