Skip to main content
Global

11.5: Mali ya Colligative

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    188004

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Malengo ya kujifunza

    Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

    • Express viwango vya vipengele vya ufumbuzi kwa kutumia sehemu ya mole na molality
    • Eleza athari za mkusanyiko wa solute kwenye mali mbalimbali za ufumbuzi (shinikizo la mvuke, kiwango cha kuchemsha, kiwango cha kufungia, na shinikizo la osmotic)
    • Kufanya mahesabu kwa kutumia equations hisabati kwamba kuelezea hizi madhara mbalimbali colligative
    • Eleza mchakato wa kunereka na matumizi yake ya vitendo
    • Eleza mchakato wa osmosis na kuelezea jinsi unatumiwa viwanda na kwa asili.

    Mali ya suluhisho ni tofauti na yale ya solute safi (s) au kutengenezea. Mali nyingi za ufumbuzi zinategemea utambulisho wa kemikali wa solute. Ikilinganishwa na maji safi, suluhisho la kloridi hidrojeni ni tindikali zaidi, suluhisho la amonia ni la msingi zaidi, suluhisho la kloridi ya sodiamu ni mnene zaidi, na suluhisho la sucrose ni mbaya zaidi. Kuna wachache ufumbuzi mali, hata hivyo, kwamba hutegemea tu juu ya mkusanyiko jumla ya aina solute, bila kujali utambulisho wao. Mali hizi za colligative ni pamoja na kupunguza shinikizo la mvuke, kiwango cha kuchemsha, unyogovu wa kiwango cha kufungia, na shinikizo la osmotic. Seti hii ndogo ya mali ni ya umuhimu mkubwa kwa matukio mengi ya asili na matumizi ya teknolojia, kama itaelezwa katika moduli hii.

    Sehemu ya Mole na Molality

    Vitengo kadhaa vinavyotumika kwa kawaida kueleza viwango vya vipengele vya ufumbuzi vilianzishwa katika sura ya awali ya maandishi haya, kila kutoa faida fulani kwa matumizi katika programu tofauti. Kwa mfano, molarity (M) ni kitengo rahisi cha matumizi katika mahesabu ya stoichiometric, kwani inafafanuliwa kwa suala la kiasi cha molar cha aina za solute:

    M=mold mumunyifuL ufumbuziM=mold mumunyifuL ufumbuzi

    Kwa sababu kiasi cha ufumbuzi hutofautiana na joto, viwango vya molar vivyo hivyo vinatofautiana. Ikiwa imeelezwa kama molarity, mkusanyiko wa suluhisho na idadi sawa ya aina ya solute na kutengenezea itakuwa tofauti kwa joto tofauti, kutokana na contraction/upanuzi wa suluhisho. Inafaa zaidi kwa mahesabu yanayohusisha mali nyingi za colligative ni vitengo vya mole-msingi ambavyo maadili hayategemei joto. Vitengo viwili vile ni sehemu ya mole (iliyoletwa katika sura ya awali juu ya gesi) na molality.

    Sehemu ya mole, X, ya sehemu ni uwiano wa kiasi chake cha molar kwa jumla ya moles ya vipengele vyote vya ufumbuzi:

    XA=molAjumla ya mol ya vipengele vyoteXA=molAjumla ya mol ya vipengele vyote

    Kwa ufafanuzi huu, jumla ya vipande vya mole kwa vipengele vyote vya ufumbuzi (kutengenezea na solutes zote) ni sawa na moja.

    Molality ni kitengo cha ukolezi kinachofafanuliwa kama uwiano wa idadi ya moles ya solute kwa wingi wa kutengenezea kwa kilo:

    m=mold mumunyifukilo kutengenezeam=mold mumunyifukilo kutengenezea

    Kwa kuwa vitengo hivi vinahesabiwa kwa kutumia raia tu na kiasi cha molar, hazipatikani na joto na, kwa hiyo, vinafaa zaidi kwa programu zinazohitaji viwango vya joto-kujitegemea, ikiwa ni pamoja na mali kadhaa za colligative, kama itaelezwa katika moduli hii ya sura.

    Mfano 11.3

    Kuhesabu sehemu ya Mole na Molality

    Antifreeze katika radiators nyingi za magari ni mchanganyiko wa kiasi sawa cha ethylene glycol na maji, na kiasi kidogo cha vidonge vingine vinavyozuia kutu. Je, ni sehemu gani (a) mole na (b) molality ya ethylene glycol, C 2 H 4 (OH) 2, katika suluhisho lililoandaliwa kutoka 2.22××10 3 g ya ethylene glycol na 2.00××10 3 g ya maji (takriban 2 L ya glycol na 2 L ya maji)?

    Suluhisho

    (a) Sehemu ya mole ya ethylene glikoli inaweza kuhesabiwa kwa kiasi cha kwanza cha molar cha vipengele vyote vya ufumbuzi na kisha kubadilisha kiasi hiki katika ufafanuzi wa sehemu ya mole.
    molC2H4(OH)2=2.22×103g×1molC2H4(OH)262.07gC2H4(OH)2=35.8molC2H4(OH)2molH2O=2.00×103g×1molH2O18.02gH2O=111molH2OXethyleneglikoli=35.8molC2H4(OH)2(35.8+111)mol jumla=0.244molC2H4(OH)2=2.22×103g×1molC2H4(OH)262.07gC2H4(OH)2=35.8molC2H4(OH)2molH2O=2.00×103g×1molH2O18.02gH2O=111molH2OXethyleneglikoli=35.8molC2H4(OH)2(35.8+111)mol jumla=0.244

    Angalia kwamba sehemu ya mole ni mali isiyo na kipimo, kuwa uwiano wa mali na vitengo vinavyofanana (moles).

    (b) Pata moles ya solute na wingi wa kutengenezea (kwa kilo).

    Kwanza, tumia molekuli iliyotolewa ya ethylene glycol na molekuli yake ya molar ili kupata moles ya solute:

    2.22×103gC2H4(OH)2(molC2H2(OH)262.07g)=35.8molC2H4(OH)22.22×103gC2H4(OH)2(molC2H2(OH)262.07g)=35.8molC2H4(OH)2

    Kisha, kubadilisha wingi wa maji kutoka gramu hadi kilo:

    2.00×103gH2O(1kilo1000g)=2.00 kiloH2O2.00×103gH2O(1kilo1000g)=2.00 kiloH2O

    Hatimaye, mahesabu ya molality kwa ufafanuzi wake:

    molality=mold mumunyifukilo kutengenezeamolality=35.8molC2H4(OH)22kiloH2Omolality=17.9mmolality=mold mumunyifukilo kutengenezeamolality=35.8molC2H4(OH)22kiloH2Omolality=17.9m

    Angalia Kujifunza Yako

    Je, ni sehemu gani ya mole na molality ya suluhisho ambayo ina 0.850 g ya amonia, NH 3, kufutwa katika 125 g ya maji?

    Jibu:

    7.14××10 -3; 0.399 m

    Mfano 11.4

    Kubadilisha sehemu ya Mole na Viwango vya Molal

    Tumia sehemu ya mole ya solute na kutengenezea katika suluhisho la 3.0 m ya kloridi ya sodiamu.

    Suluhisho

    Kubadilisha kutoka kitengo kimoja cha ukolezi hadi mwingine kunakamilika kwa kulinganisha kwanza ufafanuzi wa kitengo mbili. Katika kesi hiyo, vitengo vyote vina namba sawa (moles ya solute) lakini denominators tofauti. Mkusanyiko wa molal unaotolewa unaweza kuandikwa kama:
    3.0mol NaCl1kiloH2O3.0mol NaCl1kiloH2O

    Nambari ya sehemu ya mole ya ufumbuzi huu ni, kwa hiyo, 3.0 mol NaCl. Denominator inaweza kuhesabiwa kwa kupata kiasi cha maji cha molar kinachofanana na kilo 1.0

    1.0kiloH2O(1000g1kilo)(molH2O18.02g)=55molH2O1.0kiloH2O(1000g1kilo)(molH2O18.02g)=55molH2O

    na kisha kubadilisha hizi kiasi molar katika ufafanuzi kwa sehemu mole.

    XH2O=molH2Omol NaCl+molH2O XH2O=55molH2O3.0mol NaCl+55molH2O XH2O=0.95 XNaCl=mol NaClmol NaCl+molH2O XNaCl=3.0molNaCl3.0mol NaCl+55molH2O XNaCl=0.052XH2O=molH2Omol NaCl+molH2O XH2O=55molH2O3.0mol NaCl+55molH2O XH2O=0.95 XNaCl=mol NaClmol NaCl+molH2O XNaCl=3.0molNaCl3.0mol NaCl+55molH2O XNaCl=0.052

    Angalia Kujifunza Yako

    Sehemu ya mole ya iodini, I 2, kufutwa katika dichloromethane, CH 2 Cl 2, ni 0.115. Mkusanyiko wa molal, m, wa iodini katika suluhisho hili ni nini?

    Jibu:

    1.50 m

    Mfano 11.5

    Uongofu wa Molality na Molarity

    Infusion ya ndani ya 0.556 M mmumunyifu wa maji ya glucose (wiani wa 1.04 g/ml) ni sehemu ya matibabu ya kupona baada ya upasuaji. Je, ni mkusanyiko wa molal wa glucose katika suluhisho hili?

    Suluhisho

    Mkusanyiko wa molal unaotolewa unaweza kuandikwa wazi kama:
    M=0.556mol glucose/1 L ufumbuziM=0.556mol glucose/1 L ufumbuzi

    Fikiria ufafanuzi wa molality:

    m=mol solute/kg kutengenezeam=mol solute/kg kutengenezea

    Kiasi cha glucose katika 1-L ya suluhisho hili ni 0.556 mol, hivyo umati wa maji katika kiasi hiki cha suluhisho inahitajika.

    Kwanza, compute wingi wa 1.00 L ya suluhisho:

    (1.0L soln)(1.04g/ml)(1000ml/1l)(1kg/1000 g)=1.04kilo hivi karibuni(1.0L soln)(1.04g/ml)(1000ml/1l)(1kg/1000 g)=1.04kilo hivi karibuni

    Hii ni wingi wa maji na solute yake, glucose, na hivyo wingi wa glucose lazima uondokewe. Kuhesabu wingi wa glucose kutoka kiasi chake cha molar:

    (0.556mol glucose)(180.2g/1 mol)=100.2 g au kilo 0.1002(0.556mol glucose)(180.2g/1 mol)=100.2 g au kilo 0.1002

    Kuondoa wingi wa glucose huzalisha wingi wa maji katika suluhisho:

    1.04ufumbuzi wa kilo-0.1002kilo glucose=0.94kilo maji1.04ufumbuzi wa kilo-0.1002kilo glucose=0.94kilo maji

    Hatimaye, molality ya glucose katika suluhisho hili ni computed kama:

    m=0.556mol glucose/0.94 kilo maji=0.59 mm=0.556mol glucose/0.94 kilo maji=0.59 m

    Angalia Kujifunza Yako

    Asidi ya nitriki, HNO 3 (aq), inapatikana kibiashara kama suluhisho la maji ya 33.7 m (wiani = 1.35 g/ml). Je, ni molarity ya suluhisho hili?

    Jibu:

    14.6 M

    Kupunguza shinikizo la mvuke

    Kama ilivyoelezwa katika sura ya vinywaji na yabisi, shinikizo la mvuke la usawa wa kioevu ni shinikizo linalojitokeza na awamu yake ya gesi wakati uvukizi na condensation vinatokea kwa viwango sawa:

    kioevu⇌gesikioevu⇌gesi

    Kufuta dutu isiyo na volatile katika matokeo ya kioevu tete katika kupungua kwa shinikizo la mvuke la kioevu. Jambo hili linaweza kupunguzwa kwa kuzingatia athari za molekuli zilizoongezwa za solute kwenye mchakato wa mvuke wa kioevu na condensation. Ili kuvuja, molekuli za kutengenezea lazima ziwepo kwenye uso wa suluhisho. Uwepo wa solute hupungua eneo la uso linalopatikana kwa molekuli za kutengenezea na hivyo hupunguza kiwango cha uvukizi wa kutengenezea. Kwa kuwa kiwango cha condensation haipatikani na kuwepo kwa solute, matokeo halisi ni kwamba usawa wa vaporization-condensation unapatikana kwa molekuli chache za kutengenezea katika awamu ya mvuke (yaani, kwa shinikizo la chini la mvuke) (Kielelezo 11.18). Wakati tafsiri hii ni muhimu, haina akaunti kwa mambo kadhaa muhimu ya asili ya colligative ya kupunguza shinikizo la mvuke. Maelezo ya ukali zaidi inahusisha mali ya entropy, mada ya majadiliano katika sura ya maandishi ya baadaye juu ya thermodynamics. Kwa madhumuni ya kuelewa kupungua kwa shinikizo la mvuke wa kioevu, ni sawa kutambua kwamba hali ya kutawanyika zaidi ya suala katika suluhisho, ikilinganishwa na kutengenezea tofauti na awamu za solute, hutumikia kuimarisha molekuli za kutengenezea na kuzuia uvukizi wao. Matokeo ya shinikizo la mvuke ya chini, na kiwango cha juu cha kuchemsha kama ilivyoelezwa katika sehemu inayofuata ya moduli hii.

    Takwimu hii ina picha mbili. Kielelezo a kinachoitwa “maji safi.” Inaonyesha nusu ya beaker iliyojaa kioevu. Katika kioevu, molekuli kumi na moja zinatawanyika sawasawa katika kioevu kila kilicho na nyanja moja ya kati nyekundu na nyanja mbili ndogo nyeupe zinaonyeshwa. Molekuli nne karibu na uso wa kiowevu zina mishale iliyopigwa kutoka kwao ikizungumzia nafasi juu ya kiowevu katika beaker. Juu ya kioevu, molekuli kumi na mbili zinaonyeshwa, na mishale inayoelezea kutoka kwa tatu kati yao kwenye kioevu chini. Kielelezo b kinachoitwa “Suluhisho la maji.” Ni sawa na takwimu isipokuwa kwamba nyanja kumi na moja za bluu, ukubwa mkubwa zaidi kuliko molekuli, zinatawanyika sawasawa katika kioevu. Mishale minne tu ya pembe inaonekana katika mchoro huu huku mbili kutoka molekuli kwenye kiowevu ikielekeza nafasi hapo juu na mbili kutoka molekuli katika nafasi juu ya kiowevu ikielekeza ndani ya kiowevu chini.
    Kielelezo 11.18 Uwepo wa solutes zisizo na tete hupunguza shinikizo la mvuke la suluhisho kwa kuzuia uvukizi wa molekuli za kutengenezea.

    Uhusiano kati ya shinikizo la mvuke wa vipengele vya ufumbuzi na viwango vya vipengele hivi huelezwa na sheria ya Raoult: Shinikizo la sehemu inayotumiwa na sehemu yoyote ya suluhisho bora ni sawa na shinikizo la mvuke la sehemu safi inayoongezeka kwa mole yake sehemu katika suluhisho.

    PA=XAPA*PA=XAPA*

    ambapo P A ni shinikizo la sehemu linalojitokeza na sehemu A katika suluhisho,PA*PA*ni shinikizo la mvuke la A safi, na X A ni sehemu ya mole ya A katika suluhisho.

    Akikumbuka kuwa shinikizo la jumla la mchanganyiko wa gesi ni sawa na jumla ya shinikizo la sehemu kwa vipengele vyake vyote (sheria ya Dalton ya shinikizo la sehemu), shinikizo la jumla la mvuke linalojitokeza na suluhisho iliyo na vipengele ni

    Psuluhisho=∑iPi=∑iXiPi*Psuluhisho=∑iPi=∑iXiPi*

    Dutu isiyo na volatile ni moja ambayo shinikizo la mvuke ni duni (P * ≈ 0), na hivyo shinikizo la mvuke juu ya suluhisho iliyo na solutes zisizo na tete tu ni kutokana na kutengenezea:

    Psuluhisho=XkiyeyushoPkiyeyusho*Psuluhisho=XkiyeyushoPkiyeyusho*

    Mfano 11.6

    Kuhesabu Shinikizo la Mvuke

    Punguza shinikizo la mvuke la suluhisho bora iliyo na 92.1 g ya glycerini, C 3 H 5 (OH) 3, na 184.4 g ya ethanol, C 2 H 5 OH, saa 40 °C. joto.

    Suluhisho

    Kwa kuwa kutengenezea ni sehemu pekee ya tete ya suluhisho hili, shinikizo lake la mvuke linaweza kuhesabiwa kwa sheria ya Raoult kama:
    Psuluhisho=XkiyeyushoPkiyeyusho*Psuluhisho=XkiyeyushoPkiyeyusho*

    Kwanza, hesabu kiasi cha molar cha kila sehemu ya suluhisho kwa kutumia data ya molekuli iliyotolewa.

    92.1gC3H5(OH)3×1molC3H5(OH)392.094gC3H5(OH)3=1.00molC3H5(OH)3184.4gC2H5OH×1molC2H5OH46.069gC2H5OH=4.000molC2H5OH92.1gC3H5(OH)3×1molC3H5(OH)392.094gC3H5(OH)3=1.00molC3H5(OH)3184.4gC2H5OH×1molC2H5OH46.069gC2H5OH=4.000molC2H5OH

    Kisha, hesabu sehemu ya mole ya kutengenezea (ethanol) na utumie sheria ya Raoult kuhesabu shinikizo la mvuke la suluhisho.

    XC2H5OH=4.000mol(1.00mol+4.000mol)=0.800Psolv=XsolvPsolv*=0.800×0.178atm=0.142atmXC2H5OH=4.000mol(1.00mol+4.000mol)=0.800Psolv=XsolvPsolv*=0.800×0.178atm=0.142atm

    Angalia Kujifunza Yako

    Suluhisho lina 5.00 g ya urea, CO (NH 2) 2 (solute isiyo ya kawaida) na kilo 0.100 cha maji. Ikiwa shinikizo la mvuke la maji safi kwenye 25 °C ni 23.7 torr, ni shinikizo la mvuke la suluhisho linachukulia tabia bora?

    Jibu:

    23.4 torr

    Uharibifu wa Solutions

    Ufumbuzi ambao vipengele vina shinikizo tofauti sana vya mvuke vinaweza kutenganishwa na mchakato wa uvukizi wa kuchagua unaojulikana kama kunereka. Fikiria kesi rahisi ya mchanganyiko wa vinywaji viwili vya tete, A na B, na A kuwa kioevu kikubwa zaidi. Sheria ya Raoult inaweza kutumika kuonyesha kwamba mvuke juu ya suluhisho hutajiriwa katika sehemu A, yaani, sehemu ya mole ya A katika mvuke ni kubwa kuliko sehemu ya mole ya A katika kioevu (tazama mwisho wa sura Zoezi 65). Kwa inapokanzwa mchanganyiko ipasavyo, sehemu A inaweza kuwa vaporized, kufupishwa, na kukusanywa-kwa ufanisi kutenganisha kutoka sehemu B.

    Kutengenezea hutumiwa sana katika mazingira yote ya maabara na viwanda, hutumiwa kusafisha mafuta ya petroli, kutenganisha bidhaa za fermentation, na kusafisha maji. Vifaa vya kawaida vya distillations ya maabara vinaonyeshwa kwenye Mchoro 11.19.

    Kielelezo a kina picha ya kitengo cha kawaida cha kutengeneza maabara. Kielelezo b hutoa mchoro wa kuipatia vipengele vya kawaida vya kitengo cha maabara ya kunereka, ikiwa ni pamoja na sahani ya joto na joto na udhibiti wa kasi ya kuchochea, umwagaji wa mafuta au mchanga, njia za kuchochea kama vile chips ya kuchemsha, sufuria bado, kichwa bado, thermometer kwa kusoma joto la kiwango cha kuchemsha, a condenser na inlet maji baridi na plagi, bado mpokeaji na utupu au gesi inlet, kupokea chupa kwa ajili ya kufanya distillate, na umwagaji baridi.
    Kielelezo 11.19 Kitengo cha kawaida cha kutengeneza maabara kinaonyeshwa katika (a) picha na (b) mchoro wa schematic wa vipengele. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na “Rifleman82” /Wikimedia commons; mikopo b: mabadiliko ya kazi na “Slashme” /Wikimedia Commons)

    Refineries ya mafuta hutumia kunereka kwa kiasi kikubwa ili kutenganisha vipengele vya mafuta yasiyosafishwa. Mafuta yasiyosafishwa yanawaka kwa joto la juu chini ya safu ndefu ya kugawanya, ikitengeneza vipengele vingi vinavyoongezeka ndani ya safu. Kama vipengele vaporized kufikia maeneo ya kutosha baridi wakati wa kupanda kwao, wao condense na kukusanywa. Vinywaji vilivyokusanywa ni mchanganyiko rahisi wa hidrokaboni na misombo mingine ya petroli ambayo ni ya utungaji sahihi kwa matumizi mbalimbali (kwa mfano, mafuta ya dizeli, mafuta ya taa, petroli), kama ilivyoonyeshwa kwenye Mchoro 11.20.

    Takwimu hii ina picha ya kusafishia, kuonyesha miundo mikubwa ya safu. Mchoro wa safu ya kunereka ya sehemu inayotumiwa katika kutenganisha mafuta yasiyosafishwa pia huonyeshwa. Karibu na chini ya safu, mshale unaoelekeza kwenye safu unaonyesha hatua ya kuingia kwa mafuta yasiyosafishwa. Safu ina tabaka kadhaa ambazo vipengele tofauti vinaondolewa. Chini ya chini, vifaa vya mabaki huondolewa kama ilivyoonyeshwa na mshale nje ya safu. Katika kila ngazi ya mfululizo, vifaa tofauti vinaondolewa kutoka chini hadi juu ya safu. Vifaa ni mafuta ya mafuta, ikifuatiwa na mafuta ya dizeli, mafuta ya petroli, naptha, petroli, na gesi ya kusafishia hapo juu sana. Kwa upande wa kulia wa mchoro wa safu, mshale wa upande mmoja unaonyeshwa kuwa ni bluu juu na hatua kwa hatua hubadilisha rangi hadi nyekundu inayohamia chini. Juu ya bluu ya mshale imeandikwa, “molekuli ndogo: kiwango cha chini cha kuchemsha, tete sana, inapita kwa urahisi, huwasha kwa urahisi.” Chini nyekundu ya mshale imeandikwa, “molekuli kubwa: kiwango cha juu cha kuchemsha, sio tete sana, haipatikani kwa urahisi, haipatikani kwa urahisi.”
    Kielelezo 11.20 Mafuta yasiyosafishwa ni mchanganyiko mgumu ambao hutenganishwa na kunereka kwa kiasi kikubwa cha sehemu ili kutenganisha mchanganyiko mbalimbali rahisi.

    Kiwango cha kuchemsha Mwinuko

    Kama ilivyoelezwa katika sura juu ya vinywaji na yabisi, kiwango cha kuchemsha cha kioevu ni joto ambalo shinikizo lake la mvuke ni sawa na shinikizo la anga la anga. Kwa kuwa shinikizo la mvuke la suluhisho linapungua kutokana na kuwepo kwa solutes zisizo na tete, inasimama kwa sababu kwamba hatua ya kuchemsha ya suluhisho itaongezeka. Shinikizo la mvuke huongezeka kwa joto, na hivyo suluhisho litahitaji joto la juu kuliko kutengenezea safi kufikia shinikizo lolote la mvuke, ikiwa ni pamoja na moja sawa na ile ya anga inayozunguka. Kuongezeka kwa kiwango cha kuchemsha huzingatiwa wakati solute isiyo na volatile inapasuka katika kutengenezea, Δ T b, inaitwa kiwango cha kuchemsha na inafanana moja kwa moja na mkusanyiko wa molal wa aina za solute:

    ΔTb=KbmΔTb=Kbm

    ambapo K b ni kiwango cha kuchemsha mwinuko mara kwa mara, au mara kwa mara ya ebullioscopic na m ni mkusanyiko wa molal (molality) ya aina zote za solute.

    Vipindi vya kuinua kiwango cha kuchemsha ni mali ya tabia ambayo hutegemea utambulisho wa kutengenezea. Maadili ya K b kwa vimumunyisho kadhaa yameorodheshwa katika Jedwali 11.2.

    Mchemko Point Mwinuko na Kufungia Point Unyogovu Constants kwa vim
    Kutengenezea Kiwango cha kuchemsha (°C saa 1 atm) K b (ºC m -1) Point ya kufungia (°C saa 1 atm)K f (ºC m -1)
    maji100.00.5120.01.86
    acetate ya hid118.13.0716.63.9
    benzini80.12.535.55.12
    chloroform61.263.63-63.54.68
    nitrobenzini210.95.245.678.1
    Jedwali 11.2

    Kiwango ambacho shinikizo la mvuke la kutengenezea hupungua na kiwango cha kuchemsha kinainua inategemea idadi ya chembe za solute zilizopo kwa kiasi fulani cha kutengenezea, si kwa wingi au ukubwa au utambulisho wa kemikali wa chembe. 1 m mmumunyo wa maji ya sucrose (342 g/mol) na 1 m mmumunyo wa maji ya ethilini glikoli (62 g/mol) itakuwa kuonyesha kiwango sawa kuchemsha kwa sababu kila suluhisho ina mole moja ya chembe solute (molekuli) kwa kilo ya kutengenezea.

    Mfano 11.7

    Kuhesabu kiwango cha kuchemsha cha Suluhisho

    Kutokana na tabia bora ya ufumbuzi, ni kiwango gani cha kuchemsha cha suluhisho la 0.33 m ya solute isiyo ya kawaida katika benzini?

    Suluhisho

    Matumizi equation zinazohusiana mchemko uhakika mwinuko solute molality kutatua tatizo hili katika hatua mbili. Hii ni mchoro na masanduku matatu yanayounganishwa na mishale miwili inayoelezea kulia. Sanduku la kwanza linaitwa, “Molality of Solution,” ikifuatiwa na mshale ulioitwa, “1,” akielezea sanduku la pili lililoandikwa, “Badilisha katika kiwango cha kuchemsha,” ikifuatiwa na mshale ulioandikwa, “2,” akielezea sanduku la tatu lililoandikwa, “Kipimo kipya cha kuchemsha.”
    1. Hatua ya 1. Tumia mabadiliko katika kiwango cha kuchemsha.
      ΔTb=Kbm=2.53°Cm-1×0.33m=0.83°CΔTb=Kbm=2.53°Cm-1×0.33m=0.83°C
    2. Hatua ya 2. Ongeza kiwango cha kuchemsha kwenye kiwango cha kuchemsha cha kutengenezea safi.
      Joto la kuchemsha=80.1°C+0.83°C=80.9°CJoto la kuchemsha=80.1°C+0.83°C=80.9°C

    Angalia Kujifunza Yako

    Kutokana na tabia bora ya ufumbuzi, ni nini kiwango cha kuchemsha cha antifreeze kilichoelezwa katika Mfano 11.3?

    Jibu:

    109.2 °C

    Mfano 11.8

    Kiwango cha kuchemsha cha Suluhisho la Iodini

    Pata kiwango cha kuchemsha cha suluhisho la 92.1 g ya iodini, I 2, katika 800.0 g ya chloroform, ChCl 3, kwa kuzingatia kwamba iodini haipatikani na kwamba suluhisho ni bora.

    Suluhisho

    Njia ya hatua nne ya kutatua tatizo hili imeelezwa hapo chini. Hii ni mchoro na masanduku tano oriented sambamba na wanaohusishwa pamoja na mishale kuhesabiwa 1 kwa 4 akizungumzia kutoka kila sanduku mfululizo kwa moja ijayo na haki. Sanduku la kwanza linaitwa, “Misa ya iodini.” Arrow pointi 1 kutoka sanduku hili kwa sanduku la pili lebo, “Moles ya iodini.” Arrow 2 pointi kutoka sanduku hili kwa sanduku tatu kinachoitwa, “Molality ya ufumbuzi.” Arrow kinachoitwa pointi 3 kutoka sanduku hili kwa sanduku la nne kinachoitwa, “Badilisha katika kiwango cha kuchemsha.” Arrow 4 anasema sanduku tano kinachoitwa, “New kuchemsha uhakika.”
    1. Hatua ya 1. Badilisha kutoka gramu hadi moles ya I 2 kwa kutumia molekuli ya molar ya I 2 katika sababu ya uongofu wa kitengo.
      Matokeo: 0.363 mol
    2. Hatua ya 2. Kuamua molality ya suluhisho kutoka kwa idadi ya moles ya solute na wingi wa kutengenezea, kwa kilo.
      Matokeo: 0.454 m
    3. Hatua ya 3. Tumia uwiano wa moja kwa moja kati ya mabadiliko katika kiwango cha kuchemsha na mkusanyiko wa molal ili kuamua ni kiasi gani cha kuchemsha kinabadilika.
      Matokeo: 1.65 °C
    4. Hatua ya 4. Kuamua hatua mpya ya kuchemsha kutoka kwa kiwango cha kuchemsha cha kutengenezea safi na mabadiliko.
      Matokeo: 62.91 °C
      Angalia kila matokeo kama tathmini binafsi.

    Angalia Kujifunza Yako

    Je! Ni kiwango gani cha kuchemsha cha suluhisho la 1.0 g ya glycerini, C 3 H 5 (OH) 3, katika 47.8 g ya maji? Fikiria suluhisho bora.

    Jibu:

    100.12 °C

    kufungia Point Unyogovu

    Ufumbuzi kufungia kwa joto la chini kuliko maji safi. Jambo hili hutumiwa katika mipango ya “de-icing” ambayo hutumia chumvi (Kielelezo 11.21), kloridi kalsiamu, au urea kuyeyuka barafu kwenye barabara na sidewalks, na katika matumizi ya ethylene glikoli kama “antifreeze” katika radiators za magari. Maji ya bahari huganda kwenye joto la chini kuliko maji safi, na hivyo bahari ya Aktiki na Antaktiki hubakia bila kufungia hata kwenye joto chini ya 0 °C (kama vile maji ya mwili ya samaki na wanyama wengine wa bahari wenye damu baridi wanaoishi katika bahari hizi).

    Hii ni picha ya lami ya matofali yenye uchafu ambayo nyenzo nyeupe za fuwele zimeenea.
    Kielelezo 11.21 Chumvi ya mwamba (NaCl), kloridi kalsiamu (CaCl 2), au mchanganyiko wa hizo mbili hutumiwa kuyeyuka barafu. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Eddie Welker)

    Kupungua kwa hatua ya kufungia ya suluhisho la kuondokana ikilinganishwa na ile ya kutengenezea safi, Δ T f, inaitwa unyogovu wa uhakika wa kufungia na ni sawa sawa na mkusanyiko wa molal wa solute

    ΔTf=KfmΔTf=Kfm

    ambapo m ni mkusanyiko wa molal wa solute na K f inaitwa hatua ya kufungia unyogovu mara kwa mara (au mara kwa mara cryoscopic). Kama vile kwa kiwango cha kuchemsha kiwango cha kuinua, hizi ni tabia za tabia ambazo maadili hutegemea utambulisho wa kemikali wa kutengenezea. Maadili ya K f kwa vimumunyisho kadhaa yameorodheshwa katika Jedwali 11.2.

    Mfano 11.9

    Uhesabuji wa Point ya Kufungia ya Suluhisho

    Kutokana na tabia bora ya ufumbuzi, ni hatua gani ya kufungia ya suluhisho la 0.33 m ya solute isiyo ya kawaida ya electrolyte katika benzini iliyoelezwa katika Mfano 11.4?

    Suluhisho

    Matumizi equation zinazohusiana kufungia uhakika unyogovu solute molality kutatua tatizo hili katika hatua mbili. Hii ni mchoro na masanduku matatu yanayounganishwa na mishale miwili inayoelezea kulia. Sanduku la kwanza linaitwa, “Molality of Solution,” ikifuatiwa na mshale ulioitwa, “1,” akizungumzia sanduku la pili lililoandikwa, “Badilisha katika hatua ya kufungia,” ikifuatiwa na mshale ulioandikwa, “2” akielezea sanduku la tatu lililoandikwa, “Hatua mpya ya kufungia.”
    1. Hatua ya 1. Tumia mabadiliko katika hatua ya kufungia.
      ΔTf=Kfm=5.12°Cm-1×0.33m=1.7°CΔTf=Kfm=5.12°Cm-1×0.33m=1.7°C
    2. Hatua ya 2. Ondoa mabadiliko ya hatua ya kufungia yaliyozingatiwa kutoka kwenye hatua ya kufungia safi ya kutengenezea.
      Joto la kufungia=5.5°C-1.7°C=3.8°CJoto la kufungia=5.5°C-1.7°C=3.8°C

    Angalia Kujifunza Yako

    Kutokana na tabia bora ya ufumbuzi, ni hatua gani ya kufungia ya suluhisho la 1.85 m ya solute isiyo ya kawaida ya electrolyte katika nitrobenzene?

    Jibu:

    -9.3 °C

    Kemia katika Maisha ya Kila siku

    Mali ya Colligative na De-Icing

    Kloridi ya sodiamu na kikundi chake cha 2 analogi kalsiamu na kloridi ya magnesiamu mara nyingi hutumiwa kwa barabara za barafu na barabara za barabara, kutokana na ukweli kwamba suluhisho la mojawapo ya chumvi hizi zitakuwa na kiwango cha kufungia chini ya 0 °C, hatua ya kufungia ya maji safi. Chumvi cha chuma cha kundi 2 mara nyingi huchanganywa na kloridi ya sodiamu ya bei nafuu na kwa urahisi zaidi (“chumvi ya mwamba”) kwa matumizi ya barabara, kwani huwa na kuwa chini ya babuzi kuliko NaCl, na hutoa unyogovu mkubwa wa hatua ya kufungia, kwani hutenganisha kutoa chembe tatu kwa formula kitengo, badala ya chembe mbili kama kloridi sodiamu.

    Kwa sababu hizi misombo ionic huwa na kuharakisha kutu ya chuma, bila kuwa chaguo busara kutumia katika antifreeze kwa radiator katika gari yako au de-barafu ndege kabla ya takeoff. Kwa maombi haya, misombo ya covalent, kama vile ethylene au propylene glycol, hutumiwa mara nyingi. Glycols kutumika katika maji ya radiator si tu kupunguza kiwango cha kufungia ya kioevu, lakini wao kuinua kiwango cha kuchemsha, na kufanya maji muhimu katika majira ya baridi na majira ya joto. Joto glycols mara nyingi sprayed juu ya uso wa ndege kabla ya takeoff katika hali ya hewa mbaya katika majira ya baridi kuondoa barafu ambayo tayari sumu na kuzuia malezi ya barafu zaidi, ambayo itakuwa hasa hatari kama sumu juu ya nyuso udhibiti wa ndege (Kielelezo 11.22).

    Takwimu hii ina picha mbili. Picha ya kwanza ni mtazamo wa nyuma wa lori kubwa ya matengenezo ya barabara inayobeba ishara ya machungwa ya de-icer. Nyenzo nyeupe inaonekana kuwekwa nyuma ya lori kwenye barabara. Picha ya pili ni ya ndege kuwa sprayed na ufumbuzi wa kuondoa barafu kabla ya kuchukua mbali.
    Kielelezo 11.22 Unyogovu wa uhakika wa kufungia hutumiwa kuondoa barafu kutoka (a) barabara na (b) nyuso za udhibiti wa ndege.

    Mchoro wa Awamu ya Suluhisho

    Madhara ya colligative juu ya shinikizo la mvuke, kiwango cha kuchemsha, na hatua ya kufungia ilivyoelezwa katika sehemu ya awali ni rahisi muhtasari kwa kulinganisha michoro ya awamu kwa kioevu safi na suluhisho inayotokana na kioevu hicho (Kielelezo 11.23).

    Mchoro huu wa awamu unaonyesha shinikizo katika anga ya maji na suluhisho katika joto mbalimbali. Grafu inaonyesha kiwango cha kufungia cha maji na hatua ya kufungia ya suluhisho, na tofauti kati ya maadili haya mawili yaliyotambuliwa kama delta T subscript f. grafu inaonyesha kiwango cha kuchemsha cha maji na kiwango cha kuchemsha cha suluhisho, na tofauti kati ya maadili haya mawili yaliyotambuliwa kama delta T subscript b Vile vile, tofauti katika shinikizo la maji na suluhisho katika kiwango cha kuchemsha maji huonyeshwa na kutambuliwa kama delta P. tofauti hii katika shinikizo ni kinachoitwa shinikizo la mvuke kupungua. Ngazi ya chini ya safu ya shinikizo la mvuke kwa suluhisho kinyume na ile ya maji safi inaonyesha shinikizo la mvuke linapungua katika suluhisho. Rangi ya asili kwenye mchoro zinaonyesha uwepo wa maji na suluhisho katika hali imara kwa hali ya kushoto, hali ya kioevu katika kanda ya juu ya kati, na gesi kwa haki.
    Kielelezo 11.23 Awamu michoro kwa ajili ya kutengenezea safi (curves imara) na ufumbuzi sumu kwa kufuta nonvolatile solute katika kutengenezea (dashed curves).

    Curve ya kioevu-mvuke kwa suluhisho iko chini ya safu inayofanana kwa kutengenezea, inayoonyesha kupungua kwa shinikizo la mvuke, Δ P, ambalo linatokana na kuvunjwa kwa solute isiyo ya kawaida. Kwa hiyo, kwa shinikizo lolote, kiwango cha kuchemsha cha suluhisho kinazingatiwa kwa joto la juu kuliko ile ya kutengenezea safi, inayoonyesha kiwango cha kuchemsha, Δ T b, inayohusishwa na kuwepo kwa solute isiyo ya kawaida. Curve imara-kioevu kwa suluhisho imehamishwa kushoto ya kwamba kwa kutengenezea safi, inayowakilisha unyogovu wa uhakika wa kufungia, Δ T f, unaoambatana na malezi ya ufumbuzi. Hatimaye, angalia kwamba curves imara-gesi kwa ajili ya kutengenezea na ufumbuzi wake ni sawa. Hii ni kesi kwa ufumbuzi wengi inahusu vimumunyisho kioevu na solutes nonvolatile. Kama vile kwa uvukizi, wakati suluhisho la aina hii limehifadhiwa, ni kweli tu molekuli za kutengenezea ambazo hupitia mpito wa kioevu-kwa-imara, na kutengeneza kutengenezea safi imara ambayo haihusishi aina za solute. Kwa hiyo, awamu imara na gesi, zinajumuisha kutengenezea tu, na hivyo mabadiliko kati ya awamu hizi sio chini ya madhara ya colligative.

    Osmosis na Osmotic Shinikizo la Solutions

    Idadi ya vifaa vya asili na synthetic huonyesha upenyezaji wa kuchagua, maana yake ni kwamba molekuli tu au ions ya ukubwa fulani, sura, polarity, malipo, na kadhalika, zinaweza kupitisha (kupenyeza) nyenzo. Kibaiolojia kiini utando kutoa mifano kifahari ya upenyezaji kuchagua katika asili, wakati dialysis neli kutumika kuondoa taka metabolic kutoka damu ni zaidi simplistic teknolojia mfano. Bila kujali jinsi zinaweza kuzalishwa, vifaa hivi kwa ujumla hujulikana kama utando wa semipermit.

    Fikiria vifaa vilivyoonyeshwa kwenye Mchoro 11.24, ambapo sampuli za kutengenezea safi na suluhisho hutenganishwa na membrane ambayo molekuli za kutengenezea tu zinaweza kuenea. Molekuli za kutengenezea zitaenea kwenye membrane kwa njia zote mbili. Kwa kuwa mkusanyiko wa kutengenezea ni mkubwa zaidi katika kutengenezea safi kuliko suluhisho, molekuli hizi zitaenea kutoka upande wa kutengenezea wa utando hadi upande wa suluhisho kwa kiwango cha kasi zaidi kuliko yatakuwa katika mwelekeo wa nyuma. Matokeo yake ni uhamisho wa wavu wa molekuli za kutengenezea kutoka kwa kutengenezea safi kwa suluhisho. Uhamisho unaotokana na usambazaji wa molekuli za kutengenezea kwa njia ya utando wa semipermit ni mchakato unaojulikana kama osmosis.

    Takwimu inaonyesha mbili zilizopo U umbo na nusu permit utando kuwekwa chini ya U. Katika takwimu a, kutengenezea safi ni sasa na unahitajika kwa nyanja ndogo njano upande wa kushoto wa utando. Kwa upande wa kulia, suluhisho lipo na nyanja kubwa za bluu zinazoingiliana na nyanja ndogo za njano. Katika membrane, mishale inayoelezea kutoka kwenye nyanja tatu za njano kwenye pande zote mbili za membrane huvuka juu ya membrane. Mshale unaotokana na moja ya nyanja kubwa za bluu hazivuka membrane, lakini badala yake inaonekana nyuma kutoka kwenye uso wa membrane. Viwango vya kioevu katika pande zote mbili za tube yenye umbo la U ni sawa. Katika takwimu b, mishale tena inaelezea kutoka kwenye nyanja ndogo za njano kwenye membrane isiyoweza kupunguzwa kutoka pande zote mbili. Mchoro huu unaonyesha kiwango cha kioevu upande wa kushoto, kutengenezea safi, upande wa kuwa chini sana kuliko kiwango cha kioevu upande wa kulia. Mistari iliyopigwa hutolewa kutoka ngazi hizi mbili za kioevu katikati ya tube iliyoumbwa na U na kati yao ni mshale mwekundu-kichwa, wima karibu na shinikizo la osmotic mrefu.
    Kielelezo 11.24 (a) Suluhisho na kutengenezea safi ni awali kutengwa na membrane ya osmotic. (b) Uhamisho halisi wa molekuli za kutengenezea kwenye suluhisho hutokea mpaka shinikizo lake la osmotic linatoa viwango sawa vya uhamisho kwa njia zote mbili.

    Wakati osmosis inafanywa katika vifaa kama vile ilivyoonyeshwa kwenye Mchoro 11.24, kiasi cha suluhisho kinaongezeka kama inakuwa diluted na mkusanyiko wa kutengenezea. Hii inasababisha kiwango cha suluhisho kuongezeka, kuongeza shinikizo lake la hydrostatic (kutokana na uzito wa safu ya suluhisho katika tube) na kusababisha uhamisho wa kasi wa molekuli za kutengenezea nyuma upande wa kutengenezea safi. Wakati shinikizo linafikia thamani ambayo huzalisha kiwango cha uhamisho wa kutengenezea sawa na kiwango cha osmosis, uhamisho wa wingi wa kutengenezea hukoma. Shinikizo hili linaitwa shinikizo la osmotic () la suluhisho. Shinikizo la osmotic la suluhisho la kuondokana linahusiana na molarity yake ya solute, M, na joto kamili, T, kulingana na equation

    Π=MRTΠ=MRT

    ambapo R ni mara kwa mara gesi ya kila mara.

    Mfano 11.10

    Mahesabu ya Shinikizo la Osmotic

    Kutokana na tabia bora ya ufumbuzi, shinikizo la kiosmotiki (atm) la suluhisho la 0.30 M la glucose katika maji ambayo hutumiwa kwa infusion ya ndani ya mishipa kwenye joto la mwili, 37 °C?

    Suluhisho

    Pata shinikizo la osmotic,, kwa kutumia formula = MRT, ambapo T iko kwenye kiwango cha Kelvin (310 K) na thamani ya R inaonyeshwa katika vitengo vinavyofaa (0.08206 L atm/mol K).
    Π=MRT =0.30mol/l×0.08206 L atm/mol K×310 K=7.6atmΠ=MRT =0.30mol/l×0.08206 L atm/mol K×310 K=7.6atm

    Angalia Kujifunza Yako

    Kutokana na tabia bora ya ufumbuzi, shinikizo la kiosmotiki (atm) ni suluhisho lenye kiasi cha 0.750 L ambayo ina 5.0 g ya methanoli, CH 3 OH, katika maji saa 37 °C?

    Jibu:

    5.3 atm

    Kama ufumbuzi ni kuwekwa katika vifaa kama moja inavyoonekana katika Kielelezo 11.25, kutumia shinikizo kubwa kuliko shinikizo kiosmotiki ya ufumbuzi reverses osmosis na inasubu molekuli kutengenezea kutoka suluhisho katika kutengenezea safi. Mbinu hii ya osmosis ya reverse hutumiwa kwa ajili ya kufuta maji ya bahari kwa kiasi kikubwa na kwa mizani ndogo ili kuzalisha maji ya bomba ya usafi wa juu kwa kunywa.

    Takwimu inaonyesha tube ya umbo la U yenye utando wa nusu inayoweza kupenyeka iliyowekwa chini ya kutengenezea ya U. safi iko na unaonyeshwa na nyanja ndogo za njano upande wa kushoto wa utando. Kwa upande wa kulia, suluhisho lipo na nyanja kubwa za bluu zinazoingiliana na nyanja ndogo za njano. Katika membrane, mishale inaelezea kutoka kwenye nyanja nne ndogo za njano upande wa kushoto wa membrane. Kwenye upande wa kulia wa U, kuna diski ambayo ni upana sawa wa tube na inaonekana kuizuia. Disk iko katika kiwango sawa na suluhisho. Mshale unaonyesha chini kutoka juu ya bomba hadi kwenye diski na umeandikwa, “Shinikizo kubwa kuliko ufumbuzi wa subscript.”
    Kielelezo 11.25 Kutumia shinikizo kubwa kuliko shinikizo la osmotic la suluhisho litabadilisha osmosis. Molekuli ya kutengenezea kutoka suluhisho huingizwa ndani ya kutengenezea safi.

    Kemia katika Maisha ya Kila siku

    Reverse Osmosis Utakaso

    Katika mchakato wa osmosis, utbredningen hutumikia kusonga maji kwa njia ya membrane isiyoweza kupunguzwa kutoka suluhisho la chini la kujilimbikizia kwa suluhisho la kujilimbikizia zaidi. Shinikizo la Osmotic ni kiasi cha shinikizo ambalo linapaswa kutumiwa kwenye suluhisho la kujilimbikizia zaidi ili kusababisha osmosis kuacha. Ikiwa shinikizo kubwa linatumika, maji yatatoka kwenye suluhisho la kujilimbikizia zaidi hadi suluhisho la chini la kujilimbikizia (safi zaidi). Hii inaitwa reverse osmosis. Reverse osmosis (RO) hutumiwa kutakasa maji katika maombi mengi, kutoka kwa mimea ya desalination katika miji ya pwani, kwa mashine za kusafisha maji katika maduka ya vyakula (Kielelezo 11.26), na vitengo vidogo vya nyumbani vya reverse-osmosis. Kwa pampu inayoendeshwa mkono, vitengo vidogo vya RO vinaweza kutumika katika nchi za tatu za dunia, maeneo ya maafa, na katika maboti ya maisha. Majeshi yetu ya kijeshi yana vitengo mbalimbali vya RO vinavyoendeshwa na jenereta ambavyo vinaweza kusafirishwa katika magari hadi maeneo ya mbali.

    Takwimu hii inaonyesha picha mbili za mifumo ya reverse osmosis. Ya kwanza ni mfumo mdogo unaoonekana kwa urahisi. Ya pili ni kubwa na iko nje.
    Kielelezo 11.26 Mifumo ya osmosis ya kutakasa maji ya kunywa inavyoonyeshwa hapa kwenye (a) ndogo na (b) mizani kubwa. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na Jerry Kirkhart; mikopo b: mabadiliko ya kazi na Willard J. Lathrop)

    Mifano ya osmosis inaonekana katika mifumo mingi ya kibaiolojia kwa sababu seli zinazungukwa na utando wa semipermit. Karoti na celery ambazo zimepungua kwa sababu zimepoteza maji zinaweza kufanywa crisp tena kwa kuziweka majini. Maji huingia kwenye seli za karoti au celery na osmosis. Tango iliyowekwa katika suluhisho la chumvi iliyojilimbikizia inapoteza maji kwa osmosis na inachukua chumvi kuwa chumvi. Osmosis inaweza pia kuathiri seli za wanyama. Viwango vya Solute ni muhimu hasa wakati ufumbuzi unaingizwa ndani ya mwili. Solutes katika maji ya seli za mwili na serum ya damu hutoa ufumbuzi huu shinikizo la osmotic la takriban 7.7 atm. Ufumbuzi unaoingizwa ndani ya mwili lazima uwe na shinikizo sawa la osmotic kama seramu ya damu; yaani, wanapaswa kuwa isotonic na seramu ya damu. Ikiwa suluhisho la chini la kujilimbikizia, suluhisho la hypotonic, linajitenga kwa kiasi cha kutosha ili kuondokana na seramu ya damu, maji kutoka serum iliyosafishwa hupita kwenye seli za damu kwa osmosis, na kusababisha seli kupanua na kupasuka. Utaratibu huu unaitwa hemolysis. Wakati suluhisho la kujilimbikizia zaidi, suluhisho la hypertonic, linaingizwa, seli hupoteza maji kwa suluhisho la kujilimbikizia zaidi, hupungua, na huenda kufa katika mchakato unaoitwa crenation. Madhara haya ni mfano katika Kielelezo 11.27.

    Takwimu hii inaonyesha matukio matatu yanayohusiana na utando wa seli nyekundu za damu. Katika, H subscript 2 O ina mishale miwili inayotolewa kutoka humo akizungumzia kwenye diski nyekundu. Chini yake katika mduara ni disks kumi na moja zinazofanana na kuonekana, moja ambayo inaonekana kupasuka na kioevu cha bluu kinachotoka humo. Katika b, picha ni sawa isipokuwa kuwa na mishale miwili inayoelezea kwenye diski nyekundu, pointi moja na ya pili inaelezea kuelekea H Subscript 2 O. mduara chini, kumi na mbili ya disks nyekundu zipo. Katika c, mishale yote hutolewa kutoka kwenye diski nyekundu iliyopungua kuelekea H subscript 2 O. mduara chini, disks kumi na mbili zilizopungua zinaonyeshwa.
    Kielelezo 11.27 Membrane nyekundu za seli za damu ni maji yanayoweza kupunguzwa na (a) kuvimba na uwezekano wa kupasuka katika suluhisho la hypotonic; (b) kudumisha kiasi cha kawaida na sura katika suluhisho la isotonic; na (c) hupungua na uwezekano kufa katika suluhisho la hypertonic. (mikopo a/b/c: marekebisho ya kazi na “LadyofHats” /Wikimedia commons)

    Uamuzi wa Misa ya Molar

    Shinikizo la kiosmotiki na mabadiliko katika kiwango cha kufungia, kiwango cha kuchemsha, na shinikizo la mvuke ni moja kwa moja sawia na idadi ya aina za solute zilizopo kwa kiasi fulani cha suluhisho. Kwa hiyo, kupima moja ya mali hizi kwa ajili ya ufumbuzi tayari kwa kutumia molekuli inayojulikana ya solute vibali uamuzi wa molekuli Solute ya molar.

    Mfano 11.11

    Uamuzi wa Misa ya Molar kutoka Unyogovu wa Kufungia Point

    Suluhisho la 4.00 g ya nonelectrolyte kufutwa katika 55.0 g ya benzini hupatikana kufungia saa 2.32 °C Kutokana na tabia bora ya ufumbuzi, ni nini molekuli ya molar ya kiwanja hiki?

    Suluhisho

    Tatua tatizo hili kwa kutumia hatua zifuatazo. Hii ni mchoro na masanduku tano oriented usawa na wanaohusishwa pamoja na mishale kuhesabiwa 1 kwa 4 akizungumzia kutoka kila sanduku mfululizo kwa moja ijayo na haki. Sanduku la kwanza linaitwa, “Ufungashaji wa ufumbuzi.” Arrow 1 anasema kutoka sanduku hili kwa sanduku pili kinachoitwa, “delta T subscript f.” Arrow pointi 2 kutoka sanduku hili kwa sanduku tatu kinachoitwa “Molal mkusanyiko wa kiwanja.” Arrow kinachoitwa pointi 3 kutoka sanduku hili kwa sanduku la nne kinachoitwa, “Moles ya kiwanja katika sampuli.” Arrow 4 anasema sanduku tano kinachoitwa, “Molar wingi wa kiwanja.”
    1. Hatua ya 1. Kuamua mabadiliko katika hatua ya kufungia kutoka kwa kiwango cha kufungia kilichozingatiwa na kiwango cha kufungia cha benzini safi (Jedwali 11.2).
      ΔTf=5.5°C-2.32°C=3.2°CΔTf=5.5°C-2.32°C=3.2°C
    2. Hatua ya 2. Kuamua mkusanyiko wa molal kutoka K f, kiwango cha kufungia unyogovu mara kwa mara kwa benzini (Jedwali 11.2), na Δ T f.
      ΔTf=Kfmm=ΔTfKf=3.2°C5.12°Cm-1=0.63mΔTf=Kfmm=ΔTfKf=3.2°C5.12°Cm-1=0.63m
    3. Hatua ya 3. Kuamua idadi ya moles ya kiwanja katika suluhisho kutoka kwa mkusanyiko wa molal na wingi wa kutengenezea kutumika kufanya suluhisho.
      Mimea ya solute=0.63mold mumunyifu1.00kilo kutengenezea×0.0550kilo kutengenezea=0.035molMimea ya solute=0.63mold mumunyifu1.00kilo kutengenezea×0.0550kilo kutengenezea=0.035mol
    4. Hatua ya 4. Kuamua molekuli ya molar kutoka kwa wingi wa solute na idadi ya moles katika molekuli hiyo.
      Masi ya molar=4.00g0.035mol=1.1×102g/molMasi ya molar=4.00g0.035mol=1.1×102g/mol

    Angalia Kujifunza Yako

    Suluhisho la 35.7 g ya nonelectrolyte katika 220.0 g ya klorofomu ina kiwango cha kuchemsha cha 64.5 °C Kutokana na tabia bora ya ufumbuzi, ni nini molekuli ya molar ya kiwanja hiki?

    Jibu:

    1.8××10 2 g/mol

    Mfano 11.12

    Uamuzi wa Misa ya Molar kutoka Shinikizo la Osmotic

    Sampuli ya 0.500 L ya suluhisho la maji yenye 10.0 g ya hemoglobin ina shinikizo la kiosmotiki la 5.9 torr saa 22 °C Kutokana na tabia bora ya ufumbuzi, ni molekuli gani ya molar ya hemoglobin?

    Suluhisho

    Hapa kuna seti moja ya hatua ambazo zinaweza kutumika kutatua tatizo: Hii ni mchoro na masanduku manne oriented sambamba na wanaohusishwa pamoja na mishale kuhesabiwa 1 kwa 3 akizungumzia kutoka kila sanduku mfululizo kwa moja ijayo na haki. Sanduku la kwanza linaitwa, “shinikizo la Osmotic.” Arrow pointi 1 kutoka sanduku hili kwa sanduku la pili kinachoitwa, “Molar mkusanyiko.” Arrow pointi 2 kutoka sanduku hili kwa sanduku tatu kinachoitwa, “Moles ya hemoglobin katika sampuli.” Mshale ulioandikwa pointi 3 kutoka kwenye sanduku hili hadi sanduku la nne lililoandikwa, “Masi ya Molar ya hemoglobin.”
    1. Hatua ya 1. Badilisha shinikizo la osmotic kwa anga, kisha ueleze mkusanyiko wa molar kutoka shinikizo la osmotic.
      Π=5.9torr×1atm760torr=7.8×101-3atmΠ=MRTM=ΠRT=7.8×101-3atm(0.08206L atm/mol K)(295K)=3.2×10-4MΠ=5.9torr×1atm760torr=7.8×101-3atmΠ=MRTM=ΠRT=7.8×101-3atm(0.08206L atm/mol K)(295K)=3.2×10-4M
    2. Hatua ya 2. Kuamua idadi ya moles ya hemoglobin katika suluhisho kutoka kwa mkusanyiko na kiasi cha suluhisho.
      moles ya hemoglobin=3.2×10-4mol1L ufumbuzi×0.500L ufumbuzi=1.6×10-4molmoles ya hemoglobin=3.2×10-4mol1L ufumbuzi×0.500L ufumbuzi=1.6×10-4mol
    3. Hatua ya 3. Kuamua molekuli ya molar kutoka kwa wingi wa hemoglobin na idadi ya moles katika molekuli hiyo.
      molekuli ya molar=10.0g1.6×10-4mol=6.2×104g/molmolekuli ya molar=10.0g1.6×10-4mol=6.2×104g/mol

    Angalia Kujifunza Yako

    Kutokana na tabia bora ya ufumbuzi, ni molekuli ya molar ya protini ikiwa suluhisho la 0.02 g ya protini katika 25.0 ml ya suluhisho lina shinikizo la kiosmotiki la 0.56 torr saa 25 °C?

    Jibu:

    3××10 4 g/mol

    Mali ya Colligative ya Electrolytes

    Kama ilivyoelezwa hapo awali katika moduli hii, mali ya colligative ya suluhisho hutegemea tu idadi, si kwa utambulisho, ya aina ya solute kufutwa. Maneno ya mkusanyiko katika equations kwa mali mbalimbali za colligative (unyogovu wa kiwango cha kufungia, kiwango cha kuchemsha, shinikizo la osmotic) linahusu aina zote za solute zilizopo katika suluhisho. Kwa ufumbuzi kuchukuliwa hadi sasa katika sura hii, solutes kuwa nonelectrolytes kwamba kufuta kimwili bila dissociation au nyingine yoyote kuandamana mchakato. Kila molekuli ambayo hupasuka hutoa molekuli moja ya solute iliyovunjwa. Uharibifu wa electroyte, hata hivyo, sio rahisi, kama inavyoonyeshwa na mifano miwili ya kawaida hapa chini:

    kujitenga NaCl (s)⟶ Na+(aq) +Cl-(aq) uionishaji HCl (aq)+H2O (l) ⟶ Cl-(aq)+ H3O+(aq)kujitenga NaCl (s)⟶ Na+(aq) +Cl-(aq) uionishaji HCl (aq)+H2O (l) ⟶ Cl-(aq)+ H3O+(aq)

    Kuzingatia kwanza ya mifano hii, na kuchukua dissociation kamili, 1.0 m mmumunyo wa maji ya NaCl ina 2.0 mole ya ions (1.0 mol Na + na 1.0 mol Cl -) kwa kila kilo ya maji, na unyogovu wake wa kufungia unatarajiwa kuwa

    ΔTf=2.0ioni mol/kg maji×1.86°C kilo maji/mol ioni=3.7°C.ΔTf=2.0ioni mol/kg maji×1.86°C kilo maji/mol ioni=3.7°C.

    Wakati suluhisho hili limeandaliwa na unyogovu wake wa kiwango cha kufungia hupimwa, hata hivyo, thamani ya 3.4 °C inapatikana. Tofauti sawa ni kuzingatiwa kwa misombo mingine ionic, na tofauti kati ya kipimo na inatarajiwa maadili colligative mali kawaida kuwa muhimu zaidi kama viwango solute kuongezeka. Uchunguzi huu unaonyesha kwamba ions ya kloridi ya sodiamu (na electrolytes nyingine kali) hazipatikani kabisa katika suluhisho.

    Ili kuhesabu hili na kuepuka makosa yanayoambatana na dhana ya kujitenga kwa jumla, parameter ya kupima majaribio iliyoitwa kwa heshima ya mwanakemia wa Ujerumani aliyeshinda tuzo ya Nobel Jacobus Henricus van't Hoff hutumiwa. Sababu ya van't Hoff (i) inaelezwa kama uwiano wa chembe za solute katika suluhisho la idadi ya vitengo vya formula kufutwa:

    i=moles ya chembe katika suluhishomoles ya vitengo vya fomu kufutwai=moles ya chembe katika suluhishomoles ya vitengo vya fomu kufutwa

    Maadili ya vipimo van't Hoff sababu kwa solutes kadhaa, pamoja na maadili yaliyotabiriwa kuchukua dissociation kamili, ni inavyoonekana katika Jedwali 11.3.

    Predicated na kipimo van't Hoff Mambo kwa kadhaa 0.050 m Maji Solutions
    Kitengo cha Mfumo Uainishaji Bidhaa za kufutwa i (alitabiri) i (kipimo)
    C 12 H 22 O 11 (glucose) Nonelectrol C 12 H 22 O 11 1 1.0
    NaCl Electrolyte yenye nguvu Na +, Cl - 2 1.9
    HCl Electrolyte yenye nguvu (asidi) H 3 O +, Cl - 2 1.9
    MGSO 4 Electrolyte yenye nguvu Mg 2+, SO 4 2, 2 1.3
    MgCl 2 Electrolyte yenye nguvu Mg 2+, 2Cl - 3 2.7
    FeCl 3 Electrolyte yenye nguvu Fe 3+, 3Cl - 4 3.4
    Jedwali 11.3

    Mwaka wa 1923, wanakemia Peter Debye na Erich Hückel walipendekeza nadharia ya kuelezea ionization isiyo kamili ya electrolytes kali. Walipendekeza kwamba ingawa kivutio cha interionic katika suluhisho la maji hupunguzwa sana na ufumbuzi wa ions na hatua ya kuhami ya kutengenezea polar, haijafanywa kabisa. Vivutio vya mabaki huzuia ions kutoka kwa tabia kama chembe za kujitegemea kabisa (Kielelezo 11.28). Katika baadhi ya matukio, ioni nzuri na hasi inaweza kweli kugusa, kutoa kitengo cha kutengenezewa kinachoitwa jozi ya ion. Hivyo, shughuli, au mkusanyiko wa ufanisi, wa aina yoyote ya ion ni chini ya ile iliyoonyeshwa na ukolezi halisi. Ions kuwa zaidi na zaidi sana kutengwa, zaidi kuondokana na ufumbuzi, na vivutio mabaki interionic kuwa chini na chini. Hivyo, katika ufumbuzi mkubwa sana, viwango vya ufanisi vya ions (shughuli zao) ni sawa na viwango halisi. Kumbuka kwamba van't Hoff sababu kwa electrolytes katika Jedwali 11.3 ni kwa 0.05 m ufumbuzi, ambapo mkusanyiko thamani ya i kwa NaCl ni 1.9, kinyume na thamani bora ya 2.

    Mchoro unaonyesha nyanja nne za rangi ya zambarau kinachoitwa K superscript pamoja na nyanja nne za kijani kinachoitwa C l superscript bala kutawanyika katika H subscript 2 O kama inavyoonekana kwa makundi ya nyanja moja nyekundu na nyanja mbili nyeupe zilizounganishwa. Sehemu nyekundu zinawakilisha oksijeni na nyeupe zinawakilisha hidrojeni. Katika maeneo mawili, nyanja za zambarau na za kijani zinagusa. Katika maeneo haya mawili, mchoro umeandikwa jozi ya ion. All nyanja nyekundu na kijani ni kuzungukwa na nyeupe na nyekundu H subscript 2 O makundi. Sehemu nyeupe zinavutiwa na nyanja za rangi ya zambarau na nyanja nyekundu zinavutiwa na nyanja za kijani.
    Kielelezo 11.28 Kutengana kwa misombo ya ionic katika maji sio kamili kila wakati kutokana na kuundwa kwa jozi za ion.

    Mfano 11.13

    Hatua ya kufungia ya Suluhisho la Electrolyte

    Mkusanyiko wa ions katika maji ya bahari ni takriban sawa na ile katika suluhisho iliyo na 4.2 g ya NaCl kufutwa katika 125 g ya maji. Tumia habari hii na thamani iliyotabiriwa kwa sababu ya van't Hoff (Jedwali 11.3) ili kuamua joto la kufungia suluhisho (kudhani tabia bora ya suluhisho).

    Suluhisho

    Tatua tatizo hili kwa kutumia mfululizo wa hatua zifuatazo. Hii ni mchoro na masanduku sita oriented usawa na wanaohusishwa pamoja na mishale kuhesabiwa 1 kwa 5 akizungumzia kutoka kila sanduku mfululizo kwa moja ya pili na haki. Sanduku la kwanza linaitwa, “Misa ya N a C l.” Arrow pointi 1 kutoka sanduku hili kwa sanduku pili kinachoitwa, “Moles ya N C l.” Arrow pointi 2 kutoka sanduku hili kwa sanduku tatu kinachoitwa, Moles ya ions.” Arrow kinachoitwa pointi 3 kutoka sanduku hili kwa sanduku la nne kinachoitwa, “Molality ya ufumbuzi.” Mshale 4 anasema kwenye sanduku la tano lililoandikwa, “Badilisha katika hatua ya kufungia.” Arrow 5 pointi sanduku sita kinachoitwa, “New kufungia uhakika.”
    1. Hatua ya 1. Badilisha kutoka gramu hadi moles ya NaCl kwa kutumia molekuli ya molar ya NaCl katika sababu ya uongofu wa kitengo.
      Matokeo: 0.072 ml NaCl
    2. Hatua ya 2. Kuamua idadi ya moles ya ions zilizopo katika suluhisho kwa kutumia idadi ya moles ya ions katika mole 1 ya NaCl kama sababu ya uongofu (2 mol/1 mol NaCl).
      Matokeo: 0.14 mol ions
    3. Hatua ya 3. Kuamua molality ya ions katika suluhisho kutoka kwa idadi ya moles ya ions na wingi wa kutengenezea, kwa kilo.
      Matokeo: 1.2 m
    4. Hatua ya 4. Tumia uwiano wa moja kwa moja kati ya mabadiliko katika hatua ya kufungia na mkusanyiko wa molal ili kuamua ni kiasi gani cha kufungia kinabadilika.
      Matokeo: 2.1 °C
    5. Hatua ya 5. Kuamua hatua mpya ya kufungia kutoka hatua ya kufungia ya kutengenezea safi na mabadiliko.
      Matokeo: -2.1 °C
      Angalia kila matokeo kama tathmini binafsi, uangalie kuepuka makosa ya kuzunguka kwa kubaki tarakimu za ulinzi katika matokeo ya kila hatua kwa kompyuta matokeo ya hatua inayofuata.

    Angalia Kujifunza Yako

    Kutokana na kujitenga kamili na tabia bora ya ufumbuzi, kuhesabu kiwango cha kufungia cha suluhisho la 0.724 g ya CaCl 2 katika 175 g ya maji.

    Jibu:

    -0.208 °C