A gőznyomáscsökkenés törvénye

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

Gyakorlati szempontból fontosak azok a folyékony elegyek, amelyekben az egyik komponens viszonylag nagy mennyiségben van jelen a másikhoz képest. Ezeket oldatoknak nevezzük és illékony oldószerből és nem illékony oldott anyag/ok/ból állnak. Oldószerként leggyakrabban a víz szerepel, de bármilyen tiszta anyag például szerves oldószer, fém- és sóolvadék stb. szerepelhet oldószerként. Szokásos jelölés szerint A jelenti az oldószert, B pedig az oldott anyagot. A továbbiakban kétkomponensű rendszerekről lesz szó, de a jelenség a több oldott komponenst tartalmazó rendszerek esetén is fellép.

A híg oldat[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Főleg elméleti szempontból a híg oldatok sajátságai írhatók le viszonylag egyszerű matematikai összefüggésekkel, azok, amelyek esetén az oldott részecskék – a közöttük lévő viszonylag nagy távolság miatt – egymásra gyakorlatilag nincsenek kölcsönhatással. Az oldódás során az oldódó részecskék – molekulák, ionok – oldószer-molekulákat kötnek meg maguk körül, – szolvatálódnak (a vizes rendszerekben ezt a folyamatot hidratációnak nevezik). Ha eléggé híg az oldat, akkor az oldott részecskék körül szabadon kialakul a szolvátréteg és bőven marad szabad oldószer-molekula, amely nem tartozik a szolvátburokhoz. Ezért a híg oldatokban az oldószer viselkedése mindig ideális, vagyis a híg oldatok hígítása – oldószer hozzáadása – nem jár sem energiaváltozással, sem térfogatváltozással. Ennek következtében a sajátságaik – intenzív fizikai mennyiségeik – a tiszta állapotbeli értékből a móltörttel egyenesen arányos összefüggésekkel számíthatók.

A Raoult-törvény[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

François-Marie Raoult 1830 – 1901
Kétkomponensű rendszer fázisdiagramja. Az oldat felett mindig kisebb a gőznyomás, mint a tiszta oldószer felett. Δp – gőznyomáscsökkenés

Híg oldatok esetében – ha az oldott anyag nem illékony – a kétkomponensű rendszerek gőznyomására vonatkozó Raoult-törvény az alábbi kifejezésre egyszerűsödik:

P = p_\mathrm A = x_\mathrm Ap_\mathrm A^* = (1-x_\mathrm B)p_\mathrm A^*\ ,

ahol:

P a zárt rendszerben az össznyomás, Pa
pA az oldószer parciális nyomása, Pa
xA az oldószer móltörtje.

Kétkomponensű rendszerekben érvényes, hogy xA = 1 – xB, kis átalakítás után a híg oldatok relatív gőznyomáscsökkenésének a Raoult-törvénynek a kifejezéséhez jutunk:

\frac{p_\mathrm A^*-p_\mathrm A}{p_\mathrm A^*}\ = \frac{\Delta p}{p_\mathrm A^*} = x_\mathrm B = \frac{n_\mathrm B}{n_\mathrm A + n_\mathrm B} \cong \frac{n_\mathrm B}{n_\mathrm A}\ ,

ahol:

Δp a gőznyomáscsökkenés, Pa
pA* az oldószer gőznyomása tiszta állapotban, Pa
Δp a gőznyomáscsökkenés, Pa
nA az oldószer anyagmennyisége, mol
nB az oldott anyag anyagmennyisége, mol

A gőznyomáscsökkenés kísérletileg mért értékéből az oldott anyag moláris tömege meghatározható. Ha

n_\mathrm A =\frac{m_\mathrm A}{M_\mathrm A}\ , \mathrm {valamint} \ n_\mathrm B = \frac{ m_\mathrm B}{M_\mathrm B}\ ,

és ezeket behelyettesítjük a fenti kifejezésbe, akkor

\frac{\Delta p}{p_\mathrm A^*} \cong \frac{n_\mathrm B}{n_\mathrm A} = \frac{M_\mathrm A m_\mathrm B}{ M_\mathrm B m_\mathrm A} \ ,

amiből az oldott anyag moláris tömege:

M_\mathrm B =\frac {M_\mathrm A m_\mathrm B}{ m_\mathrm A} \frac{p_\mathrm A^*}{\Delta p}\ .

A kifejezésekben:

MA az oldószer moláris tömege, g/mol,
MB az oldott anyag moláris tömege, g/mol,
mA az oldáshoz használt oldószer tömege, g,
mB a feloldott anyag tömege, g,

jelent.

Gyakorlati jelentősége[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Régebben igen nagy gyakorlati jelentősége volt a gőznyomáscsökkenés mérésnek bizonyos anyagok moláris tömegének a meghatározásában. Általában más kolligatív sajátság mérésével – a fagyáspontcsökkenés és a forráspont-emelkedés méréssel – együtt használták moláris tömeg meghatározására.

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz A gőznyomáscsökkenés törvénye témájú médiaállományokat.